Кратко и по существу.
Роль микроорганизмов в цикле углерода (C) в почве
- Разложение и минерализация органики: микроорганизмы разрушают растительные/животные остатки, превращая органический C в углекислый газ: $\text{органическая C}\to C{O}_2$. Это источник энергии для микробов и источник потерь C из почвы.
- Гумификация и стабилизация SOM: часть продуктов разложения превращается в трудноразлагаемую органическую матрицу (почвенный органический материал, SOM), которая связывает C и улучшает структуру почвы.
- Формирование агрегатов и улучшение структуры: микробные слизистые и разложенные продукты способствуют агрегации частиц, повышая водоудержание и устойчивость к эрозии.
- Контроль скорости циклирования: температура, влажность и доступность простых субстратов определяют скорость дыхания микроорганизмов и темпы накопления/потерь C.
Роль микроорганизмов в азотном (N) цикле
- Биологическая фиксация N: азотфиксирующие бактерии переводят атмосферный азот в доступные формы (упрощённо) $N_2\to N{H}_3$ (в клетках → органический N).
- Аммонификация (минерализация): органический N $\to N{H}_4^{+}$ — освобождение доступного аммония.
- Нитрификация (аэробно): $N{H}_4^{+}\to N{O}_2^{-}\to N{O}_3^{-}$ — превращение в нитрат, доступный растениям, но мобильный в почве.
- Денитрификация (анаэробно): $N{O}_3^{-}\to N{O}_2^{-}\to NO\to N_{2}O\to N_2$ — потери N в виде газов (включая парниковый $N_{2}O$).
- Иммобилизация: микроорганизмы используют минеральный N для роста, переводя его в органические формы (временно недоступно растениям).
- Другие процессы: аноксидативные пути (anammox), DNRA и т.д., влияющие на формы и потери N.
Как изменения сельскохозяйственной практики влияют на эти циклы и плодородие
- Вспашка/глубокая обработка: увеличивает аэрацию и контакт микробов с органикой → ускоряет разложение, повышает выброс $C{O}_2$ и снижает SOM (уменьшение плодородия и структурных свойств).
- Уборка или сжигание остатков: уменьшает ввод C и N в почву → снижает SOM и микроорганную биомассу.
- Удержание остатков и нулевая обработка (no‑till): повышает накопление SOM, улучшает структуру и влагозадержание, но может изменить профиль нитрификации/денитрификации у поверхности.
- Покровные культуры и бобовые: увеличивают ввод C и фиксируют N (бобовые) → повышают доступность N и запас SOM, уменьшают эрозию.
- Удобрения (минеральные и органические): минеральные N повышают доступность N для растений, но усиливают нитрификацию и риск утрат $N{O}_3^{-}$ и эмиссии $N_{2}O$; органические удобрения стимулируют микробную биомассу и постепенное пополнение SOM.
- Орошение и дренаж: изменение влажности влияет на аэробность; переувлажнение повышает денитрификацию и потери N в виде газов.
- Компакция почвы и уплотнение: снижают аэрацию, замедляют аэробные процессы (нитрификация, разложение), ухудшают корнеобразование и доступность N.
- Изменение pH (известкование, подкисление): сильно влияет на активность отдельных микробных групп (например, нитрификаторов) и усвоение элементов растениями.
- Монокультуры и интенсивный пестицидный режим: снижают разнообразие микробов и функциональную устойчивость почвы.
Влияние на плодородие — ключевые последствия
- SOM управляет долгосрочным плодородием: влияет на CEC, буферность питательных веществ, структуру, водный режим; потеря SOM → снижение урожайности в долгосрочной перспективе.
- Доступность N регулируется балансом минерализации и иммобилизации; остатки с высоким соотношением C:N ведут к иммобилизации N для микробов ($C:N>30$), а низкое соотношение способствует мин-ции ($C:N<25$).
- Неправильное управление увеличивает потери N (вымывание $N{O}_3^{-}$, эмиссия $N_{2}O$) — экономические и экологические ущербы.
- Изменения микробного сообщества влияют на устойчивость к болезням и способность почвы восстанавливаться после стрессов.
Практические рекомендации (коротко)
- Снижать интенсивность обработки почвы; сохранять растительные остатки.
- Вводить покровные культуры и ротации с бобовыми для пополнения N и C.
- Применять органические добавки (компост, навоз) и сбалансированные дозы минудобрений по результатам анализа почвы.
- Оптимизировать орошение и дренаж, избегать уплотнения.
- Поддерживать pH в оптимальном диапазоне для культуры и микробной активности.
- Использовать точное внесение удобрений и интегрированные агротехнологии для минимизации потерь и поддержания SOM.
Если нужно, могу кратко привести примеры конкретных практик для вашей культуры/регионa.