Download - Biologia Solului
Biologia Solului
Capitolul 1: RETEAUA TROFICA A SOLUL
BIOLOGIA SOLULUI SI PEISAJUL
Reteaua trofica a solului este realizata de o incredibila diversitate de organisme.
Aceste organisme au dimensiuni variabile, pornind de la cele cu dimensiuni
microscopice, reprezentate de bacterii, alge, fungi si protozoare; continuand cu
organisme mult mai complexe asa cum sunt: micro-artropodele si nematodele
(majoritatea microscopice); si terminand cu organismele usor vizibile cu ochiul liber,
asa cum sunt: viermii de pamant, insectele, vertebratele mici si plantele.
Prin intermediul relatiilor trofice pe care le stabilesc, prin procesele lor de crestere si
multiplicare, prin miscarea lor in masa solului, aceste organisme fac posibila
mentinerea curata a apei, a aerului, fac posibila mentinerea starii de sanatate a
plantelor si regleaza fluxul apei in sol.
Reteaua trofica a solului constituie parte integranta a tuturor proceselor care au loc
intr-un anumit peisaj dat. Astfel, organismele din sol descompun compusii organici
care ajung aici, incluzand dejectiile, resturile vegetale si pesticidele, prevenind astfel
patrunderea lor in ape si, in final, prevenind poluarea. Organismele din sol
sechestreaza azotul, carbonul, fosforul, sulful si alti nutrienti ai solului care altfel, prin
levigare, ar ajunge in apele freatice; de asemenea, ele fixeaza azotul din atmosfera
(ex. bacteriile fixatoare de azot), punandu-l la dispozitia plantelor. Numeroase
organisme imbunatatesc structura si porozitatea solului (prin agregarea particulelor),
ceea ce conduce la cresterea infiltrarii apei si implicit la reducerea scurgerilor de
suprafata. Organismele din sol contribuie la prevenirea anumitor boli ale plantelor si,
de asemenea, servesc drept hrana pentru anumite animale aflate deasupra solului.
1
Figura 1. Mediile din interiorul solului. Organismele traiesc in micro-mediile din
si dintre particulele de sol. Pe distante scurte exista diferente de pH, de umiditate, de
marime a porilor si de tipuri de hrana disponibila, astfel incat se creaza o varietate
foarte mare de habitate. Dupa S. Rose and E.T. Elliott
RETEAUA TROFICA: ORGANISMELE SI INTERACTIUNILE LOR
Reteaua trofica a solului este reprezentata prin comunitatea organismelor vii din sol,
la care se adauga si radacinile plantelor care cresc pe solul respectiv, precum si
animalele care traiesc deasupra. Urmatoarea diagrama a retelei trofice arata o serie
de conversii a nutrientilor si a energiei (reprezentate prin sageti galbene), pe masura
ce un organism este mancat de un altul.
2
Figura 2. Reteaua Trofica a Solului
Intreaga retea trofica este alimentata de producatorii primari (adica organisme
fotosintetizatoare), care stau la baza retelei trofice. Aceste organisme sunt: plantele,
lichenii, muschii, bacteriile fotosintetizatoare si algele, care pot utiliza energia solara
pentru a fixa CO2 din atmosfera. Celelalte organisme din sol obtin energia si carbonul
prin consumarea compusilor organici rezultati din plante, alte organisme sau alte
deseuri organice. Exceptie fac doar cateva bacterii, numite chemoautotrofe, care pot
obtine energia din compusi anorganici ai azotului, sulfului sau fierului.
Pe masura ce organismele descompun materialele organice complexe sau consuma
alte organisme, nutrientii sunt convertiti din unul in altul, astfel incat devin disponibil
altor organisme din sol si in final devin din nou disponibili plantelor (atunci cand s-au
transformat in substante minerale). Toate plantele (ierburi, arbusti, arbori, culturi
agricole etc) sunt dependente pentru nutritia lor de reteaua trofica.
CE FAC ORGANISMELE DIN SOL?
Cresterea si reproducerea sunt activitatile de baza ale tuturor organismelor vii. Toate
organismele lupta pentru supravietuire, iar existenta lor depinde de interantiunea si
3
interrelatiile care se stabilesc intre ele. Exudatii radiculari precum si resturile vegetale
reprezinta hrana pentru organismele din sol. La schimb, organismele solului
descompun materia organica si furnizeaza plantelor substante minerale (mentinandu-
se astfel ciclul elementelor); de asemenea organismele din sol imbunatatesc structura
solului; controleaza compozitia populatiilor din sol; controleaza aparitia unor boli (vezi
tabelul “Functiile Organismelor din Sol”).
Tabelul 1. Functiile Organismelor din Sol
TIPUL DE ORGANISM EXEMPLE FUNCTII MAJORE
FOTOSINTETIZATORI Plante, Alge,
Cianobacterii
Capteaza energia solara;
Utilizeaza energia solara
pentru fixarea CO2 ; aduc in
sol materie organica (prin
litiera, celule moarte,
metaboliti secundari);
DESCOMPUNATORI Bacterii, Fungi
Descompun resturile
organice; imobilizeaza (retin)
nutrientii in bimasa lor;
creeaza noi compusi organici
si deci noi surse de energie
si nutrienti pt. alte
organisme; leaga agregatele
de sol prin hife fungale;
bacteriile nitrificatoare si
denitrificatoare convertesc
formele de N din sol; inhiba
aparitia anumitor boli ale
organismelor;
SIMBIONTELE (Simbioza
sau mutualismul)
Bacterii, Fungi
Imbunatatesc cresterea
plantelor;protejeaza
radacinile de boli; anumite
bacterii fixeaza N atm.;
anumiti fungi formeaza
micorize cu radacinile
4
plantelor, furnizandu-le
nutrienti ( in special P) si
apa;
PATOGENI Bacterii, Fungi Produc boli la diferite org.
PARAZITI Nematode,
Microartropode
Paraziteaza diferite organe
vegetale, producand boli
CONSUMATORI DE
RADACINI
Nematode,
Macroartropode
Consuma radacinile
plantelor; cauzeaza pierderi
importante ale culturilor
CONSUMATORI DE
BACTERII
Protozoare, Nematode
Elibereaza nutrienti si NH + 4
pentru plante; controleaza
absorbtia radiculara;
controleaza anumite boli;
controleaza activitatea
populatiilor bacteriene;
CONSUMATORI
DE FUNGI
Nematode,
Microartropode
Elibereaza NH + 4 si alti
nutrienti pentru plante;
controleaza absorbtia
radiculara; controleaza
anumite boli; controleaza
activitatea populatiilor de
fungi;
MARUNTITORI SI
CONSUMATORI DE
PAMANT
Viermi de pamant,
Macroartropode
Maruntesc si descompun
resturile organice si
imbunatatesc structura
solului; constituie habitate
pentru bacterii in intestinul
lor sau in cooprolite;
imbunatatesc structura
solului, producand cooprolite
si fisuri in sol;
Controlul populatiilor;
5
PRADATORII DE INALT
NIVEL
Nematode
pradatoare; Artropode
mari
controleaza pradatorii de la
nivel trofic inferior;
imbunatatesc sructura
solului prin realizarea de
fisuri si galerii.
MATERIA ORGANICA ALIMENTEAZA RETEAUA TROFICA
Materia organica a solului reprezinta o “camara” de nutrienti si de energie care pot fi
utilizate de organismele din sol. Bacteriile, fungii, and alti descompunatori transforma
materia organica si elibereaza nutrientii din aceasta (vezi foto).
Figura 3. Aceste mici artropode (Collohmannia sp.) se hranesc cu frunzele cazute ale
plantelor. Este inceputul ciclurilor carbonului, azotului si a altor elemente. Din: Roy A.
Norton, College of Environmental Science & Forestry, State Univ. of New York
Materia organica este reprezentata prin numeroase tipuri de compusi – nu toti fiind la
fel de folositori pentru hrana diferitelor organisme. In general, materia organica a
solului este alcatuita din doua categorii distincte: humus si materie organica
6
activa. Dintre cele doua, materia organica activa reprezinta partea disponibila pentru
mai toate organismele din sol. Bacteriile au tendinta de a utiliza compusii organici
simpli, asa cum sunt exudatii radiculari sau rezidurile vegetale proaspete. Fungii au
tendinta de a utiliza compusi organici mult mai complecsi, asa cum sunt resturile
vegetale fibroase, lemnoase, precum si humusul.
Prin executarea unor lucrari intense se poate distruge fractia organica activa a solului
deoarece aceste lucrari sporesc masiv activitatea bacteriilor, si a celorlalte organisme
care consuma materia organica, convertind-o in CO2. Bunele practici agricole
(reducerea lucrarilor intense ale solului si administrarea suplimentara de materie
organica) vor sporii proportia de materie organica activa; pe masura ce nivelul de
materie organica din sol creste, organismele din sol vor putea realiza conversia
acesteia in humus – o forma relativ stabila de sechestrare a carbonului in sol pentru
zeci si chiar sute de ani.
SURSE DE HRANA PENTRU ORGANISMELE DIN SOL
“Materia organica a solului” include toate substantele organice existente in interiorul
si deasupra solului. In continuare se vor prezenta cativa termeni folositi pentru a
descrie diferitele tipuri de materie organica.
Organismele vii: Bacterii, fungi, nematode, protozoare, viermi de pamant,
artropode si radacini vii.
Material vegetal mort; material organic; detritus; reziduu de suprafata. Toti
acesti termeni se refera la plante, animale, sau alte substante organice care au ajuns
recent in sol si care prezinta doar semene incipiente de descompunere. Detritivorele
sunt organismele care se hranesc cu astfel de materiale.
Fractia activa a materiei organice: Compusii organici care pot fi utilizati drept
hrana de catre microorganisme. Fractia activa se modifica mult mai rapid decat
materia organica totala, ca raspuns la orice schimbare in sistem.
Materia organica instabila: Materia organica ce este usor descompusa.
Exudatii radiculari: Zaharuri solubile, aminoacizi si alti compusi secretati de
radacinile plantelor.
7
Lignina: Este un compus greu degradabil, intrand in componenta fibrelor groase,
lemnoase ale plantelor. De regula, organismele care pot folosi lignina drept hrana
(utilizand carbonul din structura acesteia) sunt fungii.
Materia organica recalcitranta: Este materia organica reprezentata de humus si
de materialele puternic lignificate, pe care doar foarte putine organisme o pot
descompune.
Humusul sau materia organica humificata: Reprezinta un compus organic
complex care ia nastere in urma numeroaselor transformari ale materiei organice.
Humusul este foarte greu descompus deoarece proprietatile fizice si chimice ale
agregatelor sale il fac greu accesibil pentru majoritatea organismelor. Humusul este
un complex organic foarte important pentru sol deoarece el constituie un liant pentru
agregatele foarte mici ale solului, si astfel imbunatateste capacitatea solului pentru
retinerea apei si a nutrientilor.
8
Acid humic
UNDE LOCUIESC ORGANISMELE DIN SOL?
9
Organismele retelei trofice nu sunt uniform distribuite in interiorul solului. Fiecare
specie sau grup traieste acolo unde gaseste spatiu, nutrienti si umiditate potrivite cu
cerinte lor specifice de viata. Oricum, ele se intalnesc acolo unde exista si materie
organica – majoritatea in primii cativa centimetri ai solului, desi exista microorganisme
care au fost gasite si la o adancime de pana la 16 km (ex. bacteriile din depozitele
petrolifere).
De regula, organismele solului sunt concentrate:
In jurul radacinilor. Rizosfera reprezinta solul din vecinatatea imediata a
radacilor plantelor. (vezi foto). Rizosfera este colonizata de bacterii care se
hranesc cu celule moarte provenite din radacini si cu proteine si zaharuri
eliberate in mediu prin activitatea radiculara (exudati radiculari). De
asemenea, in rizosfera sunt concentrate protozoarele si nematodele care
traiesc pe seama bacteriilor. Prin activitatea lor, toate aceste organisme pun
la dispozitia plantelor elementele minerale nutritive si in plus le protejeaza
si de numeroase boli.
Figura 4. Bacteriile sunt foarte
abundente in jurul radacinilor
(rizosfera) deoarece pot sa
descompuna usor substantele
organice simple pe care le gasesc
aici.
Dupa: Soil Microbiology and
Biochemistry Slide Set. 1976 J.P.
Martin, et al., eds. SSSA, Madison
WI.
In litiera. Fungii sunt descompunatorii comuni ai litierei, deoarece litiera contine mari
cantitati de complexe organice greu de descompus de catre alte organisme. Fungii isi
procura carbonul din descompunerea litierei, iar datorita hifelor lungi pe care le
dezvolta, fungii au acces prin aceste filamente si la azotul care se gaseste in stratul de
sol de sub litiera. Spre deosebire de fungi, bacteriile nu pot transporta azotul la
10
distante, asa ca ele nu prea se gasesc in litiera. Bacteriile pot participa la
descompunerea litierei atunci cand aceasta este amestecata in profilul solului. De
asemenea, bacteriile sunt abundente in litiera verde a plantelor mai tinere care sunt
mult mai bogate in azot si compusi simpli ai carbonului decat litiera plantelor batrane.
Bacteriile si fungii sunt mult mai capabile sa acceseze suprafete mari de teren
acoperite cu resturi vegetate dupa ce organisme cum sunt viermii de pamant,
insectele consumatoare de frunze, milipedele si alte artropode erbivore au maruntit
litiera in bucatele mici.
Pe humus. Aici, organismele comune sunt fungii. materia organica din sol a fost deja
descompusa de mai multe ori de catre bacterii si fungi si/sau a fost trecuta prin tubul
digestive al ramelor sau al artropodelor. Rezultatul, compusii humici, reprezinta un
complex care are foarte putin azot disponibil. Numai fungii sunt capabili sa produca
enzimele necesare pentru a degrada compusii complecsi ai humusului.
Pe suprafata agregatelor de sol. Activitatea biologica, in particular a bacteriilor
aerobe si a fungilor aerobi, este mai mare la suprafata agregatelor de sol decat in
interiorul agregatelor. In interiorul agregatelor mari de sol au loc procese care nu
necesita oxigen (procese anaerobe), asa cum este denitrificarea. Numeroase agregate
sunt de fapt coproolite ale viermilor de pamant (ramelor) sau a altor nevertebrate.
In spatiul dintre agregatele de sol. Artropodele si nematodele care nu pot sapa in
sol se misca prin porii si fisurile dintre agregatele de sol. Organismele care sunt
sensibile la uscaciune, la deshidratare, asa cum sunt protozoarele si numeroase
nematode, traiesc in porii umpluti cu apa ai solului. (vezi Figura pag 1.)
CAND SUNT ACTIVE ORGANISMELE DIN SOL?
Activitatea organismelor din sol se desfasoara in conformitate cu variatia conditiilor
sezoniere, precum si a conditiilor zilnice. In sistemele temperate, cea mai mare
activitate are loc la sfarsitul primaverii cand conditiile de temperatura si umiditate
sunt optime pentru procesele de crestere (vezi graficul). Cu toate acestea, exista si
cateva specii care sunt mai active in timpul iernii, altele sunt mai active in conditii de
seceta, iar altele sunt mai active in conditii de stagnare a apei.
11
Figura 5. Activitatea sezoniera a bacteriilor si a fungilor in zonele temperate (pe
solurile agricole).
Intr-un interval de timp dat nu toate organismele sunt active. Chiar daca perioada de
timp considerata se caracterizeaza printr-un maxim de activitate biologica, asta nu
inseamna ca toate organismele sunt active ; numai o anumita fractie din organisme se
hranesc, respira si altereaza intens mediul, celelalte au o activitate incetinita sau sunt
chiar latente.
Numeroase categorii de organisme sunt active numai in anumite perioade de timp, iar
atunci ele interactioneaza intre ele, interactioneaza cu plantele si cu particulele de sol.
Rezultatul combinat al acestor interactiuni este reprezentat prin numeroase functii
benefice, incluzand aici ciclul elementelor (nutrientilor), controlul bolilor si a circulatiei
apei (solutiilor).
IMPORTANTA RETELEI TROFICE A SOLULUI
Componenta vie a solului (reteaua trofica) este deosebit de complexa si prezinta o
alcatuire diferita in cadrul diferitelor ecosisteme (vezi figura). Fiecare ecosistem este
influientat si prezinta beneficii de pe urma activitatii organismelor din sol. Interelatiile
dintre sol, plante si organismele solului isi pun amprenta asupra biodiversitatii,
productiei agricole, circuitului carbonului si al celorlate elemente nutritive, precum si
asupra calitatii apei si aerului. Organismele prezente in sol sunt bacterii, fungi,
protozoare, nematode, artropode si viermi de pamant.
12
Figura 6.
Biologia Solului
Capitolul 2: RETEAUA TROFICA SI STAREA DE SANATATE A SOLULUI
DIFERENTIERI INTRE RETELELE TROFICE
Fiecare camp, padure, sau pasune are o retea trofica unica; proportia si nivelul de
complexitate dintre bacterii, fungi si alte grupuri de animale este specifica pentru
fiecare ecosistem dat. Aceste diferente din cadrul retelelor trofice sunt rezultatul
factorilor climatici, de sol si de vegetatie, precum si a practicilor agricole diferite de la
un ecosistem la altul. (Vezi figura retelelor trofice din diferite ecosisteme, Figura 6).
STRUCTURA UNEI RETELE TROFICE TIPICE
“Structura” retelei trofice se refera la compozitia si la numarul relativ de organisme
care se gasesc in interiorul sistemului sol. Fiecare tip de ecosistem are o anumita
structura caracteristica a retelei trofice (vezi tabelul “Numarul Organismelor din
Solurile Ecosistemelor Nepoluate”).
13
Tabelul 2. Numarul Organismelor din Solurile Ecosistemelor Nepoluate
Tip organism
O lin
guri
ta s
ol pro
asp
at
(sau 1
g s
ol u
scat)
Soluri agricole
cultivate
Pajisti Paduri
BACTERII 100 mil. – 1 miliard Cateva sute mil.,
adesea 1 miliard
100 mil. – cateva
sute milioane
FUNGI
Cca. 10 m filamente
de fungi
90-100 m 500 – 1500 m in
padurile de foiase;
1500-60 000 m in
padurile de conifere
PROTOZOARE
Cateva mii flagelate
si amibe; 100-
cateva sute ciliate
Cateva mii flagelate
si amibe;
cateva sute ciliate
Cateva sute de mii
de amibe si cateva
flagelate; foarte
putine ciliate
NEMATODE
10-20 nematode
consumatoare de
bacterii; cateva
consumatoare de
fungi; cateva
pradatoare
Zeci- mai multe sute
din fiecare categorie
Cateva sute
nematode
consumatoare de
bacterii si fungi;
numeroase
pradatoare
ARTROPODE
Cca.
1 m
2 s
ol <1000 5000 – 20 000 100 000 - 250 000
VIERMI DE
PAMANT
50 – 300
(mai multi in solurile
cu continut bogat de
materie organica)
100 – 500
(In zonele aride si
semiaride pot sa
lipseasca)
100 – 500 in padurile
de foiase
foarte putine in
padurile de conifere
In continuare sunt redate cateva caracteristici ale retelelor trofice:
Raportul fungi/bacterii este caracteristic fiecarui tip de ecosistem. Solurile
inierbate si solurile cultivate au in general o retea trofica in care domina bacteriile,
aceasta insemnand ca cea mai mare cantitate de biomasa este realizata de bacterii.
14
Solurile agricole cu productivitate foarte mare au tendinta de a avea raportul de
biomasa fungi/bacterii de 1:1 (sau apropiat de acesta). Padurile au o retea trofica
dominata de fungi, raportul de biomasa fungi/bacterii fiind de 5:1 pana la 10:1 in
padurile de foiase, si de 100:1 pana la 1000:1 in padurile de conifere.
Organismele care se intalnesc in reteaua trofica reflecta sursa lor de hrana.
De exemplu, protozoarele sunt abundente numai daca si bacteriile sunt abundente.
Daca bacteriile domina fungii, inseamna ca nematodele consumatoare de bacterii vor
fii mai numeroase decat nematodele consumatoare de fungi.
Practicile agricole modifica reteaua trofica. De exemplu, in sistemele agricole in
care lucrarile solului sunt reduse, raportul fungi/bacterii are tendinta de a creste in
timp, iar populatiile viermilor de pamant si ale artropodelor devin si ele mai
numeroase.
CUM SE APRECIAZA COMPLEXITATEA RETELEI TROFICE?
Tehnicile de masurare pentru caracterizarea retelei trofice includ:
Numararea. Grupele de organisme, asa cum sunt bacteriile, protozoarele,
artropodele etc, sau subgrupe asa cum sunt consumatorii de bacterii, consumatorii de
fungi si nematodele pradatoare sunt numarate, iar in urma calculelor pot fi convertite
in biomasa.
Numaratoarea directa – numararea fiecarui tip de organisme cu ochiul liber sau cu
ajutorul microscopului. Uneori se pot aplica colorari fluorescente pentru a usura
numararea lor (mai ales a celor microscopice).
Numararea pe placi Petri– presupune numararea coloniilor de bacterii si de fungi
care cresc in cultura, dintr-o anumita proba de sol.
Masurarea nivelurilor de activitate. Activitatea este determinata fie prin
masurarea cantitatiilor de produsi (asa cum este de exemplu CO2 generat in sol),fie
prin masurarea cantitatilor de substante care dispar din sol (asa cum sunt resturile
vegetale sau anumite cantitati de metan consumate de diferite comunitati de
organisme).
15
Aceste masuratori reflecta activitatea biologica totala, ele reprezentand suma
activitatilor organismelor active din sol. (De retinut faptul ca, intr-un moment de timp
dat, doar o parte din organismele solului sunt active).
Respiratia– masurarea CO2 produs. Prin aceasta metoda nu se poate diferentia care
anume organisme genereaza CO2-ul (plantele, patogenii sau alte organisme din
sol).
Rata de nitrificare– masoara activitatea acelor specii implicate in conversia
amoniului in nitrati.
Rata descompunerilor – masoara viteza de disparitie a resturilor organice (pana la
descompunerea completa).
Estimarea constituentilor celulari. Biomasa totala a organismelor din sol sau
anumite caracteristici ale comunitatii solului pot fi apreciate prin masurarea doar a
anumitor componente ale organismelor din sol, dupa cum urmeaza:
Biomasa carbonului, azotului si fosforului – Cea mai utilizata metoda de apreciere a
cantitatii de carbon si de azot din organismele solului este metoda extractiei cu
cloroform. Cantitatea de nutrienti masurata in acest fel poate fi apoi utilizata
pentru estimarea biomasei totale a organismelor.
Enzimele – Exista mai multe metode prin care masurand cantitatea si tipul
enzimelor din celulele vii (sau atasate de particulele de sol) se poate estima
activitatea potentiala a organismelor din sol sau se poate caracteriza comunitatea
biologica a solului.
Fosfolipidele si alte lipide – reprezinta “amprenta” comunitatii solului, iar prin
determinarea lor se poate cuantifica biomasa anumitor grupuri de organisme, asa
cum sunt fungii sau actinomicetele.
AND-ul si ARN-ul– constituie, de asemenea, “ampreanta” comunitatii solului si prin
determinarea lor se poate detecta prezenta anumitor specii sau genuri specifice.
CE REPREZINTA COMPLEXITATEA RETELEI TROFICE ?
Complexitatea retelei trofice reprezinta un factor care se refera atat la numarul de
specii dintr-o comunitate, cat si la tipurile diferite de specii. De exemplu, un sol cu 10
specii de nematode consumatoare de bacterii este mai putin complex decat un sol cu
16
10 specii de nematode, care includ si nematode consumatoare de bacterii, si
consumatoare de fungi, si nematode pradatoare.
In figura urmatoare se poate observa diagrama unei retele trofice complexe care
apartine unui sol dintr-un ecosistem forestier. Fiecare casuta a diagramei reprezinta
cate un grup functional de organisme, care indeplineste un anumit rol in cadrul
sistemului sol. Transferul de energie are loc atunci cand un organism este mancat de
altul (in diagrama acest transfer de energi este reprezentat prin sageti). Ecosistemele
complexe contin mai multe grupe functionale decat ecosistemele simple, iar
cantitatea de energie inglobata si transferata este mult mai mare.
Figura 7. Reprezentarea unei retele trofice complexe
Numarul grupelor de organisme care realizeaza transferul de energie (inainte ca
acesta sa paraseasca sistemul solului) este diferit (si caracteristic) pentru fiecare
ecosistem in parte. In cadrul ecosistemului forestier prezentat in diagrama anterioara,
energia este transferata de la un tip de organism la altul de cel putin douazeci de ori.
In contrast cu acest ecosistem, grotele sau solurile care prezinta putina materie
17
organica au o varietate a organismelor pradatoare mult mai mica. Energia si nutrienti
vor fi, astfel, transferate doar prin cateva tipuri de organisme.
Practicile agricole pot altera numarul grupelor functionale de organisme –cu alte
cuvinte, complexitatea – din sol. Sistemele lucrate intensiv, asa cum sunt sistemele
culturilor de camp prezinta mari modificari in ceea ce privesc grupe functionale ale
comunitatii de organisme. O rotatie necorespunzatoare a culturilor, lucrarile prea
intense ale solului, folosirea pesticidelor si a irigatiilor in cantitati prea mari, altreaza
habitatul organismelor solului si prin urmare altereaza structura si complexitatea
retelei trofice.
BENEFICIILE COMPLEXITATII RETELEI TROFICE
Complexitatea biologica a sistemului solului poate influienta o serie de procese, asa
cum sunt ciclurile elementelor nutritive, formarea structurii solului, rata
descompunerilor (mineralizarea si humificarea), precum controlul bolilor.
Ciclul nutrientilor. Din cea mai mare parte a cantitatii de hrana consumata,
organismele creaza biomasa proprie, iar o mica parte este eliberata din nou in mediu,
sub forma de deseuri. Dintre aceste deseuri, cel mai important pentru cresterea
plantelor este amoniul (NH4+). Amoniul si alti nutrienti eliberati sunt preluati de alte
organisme, inclusiv de radacinile plantelor. Atunci cand in sol exista o varietate mare
de organisme, nutrientii pot fi recirculati mult mai rapid, fiind astfel pusi la dispozitia
plantelor; in acest fel se poate asigura o stare de optim sau chiar de abundenta
pentru nutritia plantelor.
Retentia nutrientilor. Alaturi de realizarea proceselor de mineralizare - prin care
azotului si alte elemente devin disponibile pentru nutritia plantelor - organismele din
sol realizeaza si procesele de humificare. In felul acesta, organismele sechestreaza
importante cantitati de nutrienti (in special azot) pentru perioadele de timp in care
plantele (si algele) nu inregisteaza cresteri rapide. Daca nu ar exista acesta
posibilitate de retinere a azotului in materia organica stabila a solului (humusul),
azotul ar fi spalat prin levigare din zonele radiculare; levigarea are loc deoarece
formele anorganice de azot (nitrati – NO3- si amoniu - NH4
+ ) sunt foarte mobile.
Imbunatatirea structurii solului, a infiltratiei si a capacitatii de retinere a
apei. Numeroase organisme din sol sunt implicate in formarea si stabilizarea
agregatelor de sol. Activitatea biologica, materia organica si argila- prin proprietatile
18
ei chimice- sunt responsabile pentru crearea microagregatelor de sol. Viermii de
pamant (ramele) si artropodele consuma mici agregate minerale si organice de sol,
generand mari cantitati de cooprolite (fecale care contin pamant imbogatit in enzime
intestinale). Aceste cooprolite devin parti componente ale structurii solului. De
asemenea, hifele fungilor si perisorii radiculari ai plantelor conduc la formarea unor
agregate de sol foarte stabile. Imbunatatirea stabilitatii agregatelor de sol, alaturi de
fisurile si galeriile create de rame si de artropode, imbunatatesc porozitatea solului,
capacitatea de infiltratie si de retinere a apei.
Inhibarea bolilor. Intr-o retea trofica complexa, organismele utile din sol intra in
competitie cu organismele care produc boli. Acesti competitori pot sa previna
instalarea patogenilor prin mai multe cai:
- fie consuma hrana care este specifica si patogenilor,
- fie se hranesc direct cu patogenii,
- fie genereaza metaboliti care sunt toxici pentru patogeni,
- sau metaboliti care inhiba dezvoltarea patogenilor.
Degradarea poluantilor. Un rol foarte important pe care il realizeaza solul - ca
sistem viu - este acela de purificare a apei. O retea trofica complexa include
organisme care au capacitatea de a consuma (degrada) in conditii foarte variate de
mediu o varietate foarte mare de poluanti aparuti in solutia solului.
Biodiversitatea. O retea trofica cu complexitate mare inseamna, de fapt, o
biodiversitate mare. Biodiversitatea se masoara prin numarul total de specii, prin
abundenta relativa a speciilor, precum si prin numarul grupelor functionale de
organisme.
MANAGEMENTUL SOLURILOR SI STAREA LOR DE SANATATE
Un management corespunzator al solurilor asigura buna crestere a plantelor,
protejeaza calitatea apei si a aerului si asigura statea de sanatate a animalelor si
oamenilor. Mantinerea starii de “sanatate” a solului se realizeaza prin mentinerea si
imbunatatirea proprietatilor fizice si chimice a solului, ceea ce atrage dupa sine o
imbunatatire a componentei biologice.
19
In sistemele naturale ale solului, reteaua trofica indeplineste o multitudine de functii
cruciale, incluzand:
1. mentinerea activitatii biologice, a diversitatii si productivitatii;
2. reglarea fluxului de apa din sol si dizolvarea nutrientilor;
3. stocarea si punerea in circuit a nutrientilor si altor elemente (humificarea si
mineralizarea) ; precum si
4. filtrarea, tamponarea, degradarea, imobilizarea si detoxifierea materiei
organice si anorganice potential poluanta.
Interactiunile dintre organisme conduc la realizarea aceostor multiple functii.
Succesul unui bun management de teren necesita protejarea tuturor resurselor,
inclusiv solul, apa, aerul, plantele, animalele si omul. Multe dintre stategiile de
management modifica habitatele solului si deci reteaua trofica, alterand calitatea
solului si capacitatea acestuia de a-si realiza functiile. De exemplu, un anumit tip sol -
pe care se realizeaza rotatia a 4 culturi- are o varietate mult mai mare de surse de
hrana si deci o varietate mult mai mare de bacterii, fungi si alte organisme decat
poate avea acelasi tip de sol pe care se practica rotatia doar a 2 culturi. Pe terenurile
cu lucrari de terasare, cu benzi inierbate, cu perdele de protectie etc exista mult mai
multe habitate pentru microorganisme si artropode decat pe aceleasi terenuri fara
astfel de lucrari. De asemenea, pe solurile carora li se aplica pesticide in cantitati
mari, fata de cele carora nu li se aplica, complexitatea retelei trofice se reduce
considerabil. (S-a constatat ca utilizarea bromurei de metil conduce chiar la eliminarea
tuturor organismelor din sol, cu exceptia catorva specii de bacterii).
RETEAUA TROFICA SI RETINEREA CARBONULUI
Practicile de management de teren pot fi alese astfel incat sa conduca la cresterea
continutului de de carbon din sol, retinut sub forma de materie organica, si de
asemenea, sa conduca la diminuarea cantitatii de CO2, (si a altor gaze cu efect de
sera) eliberat in atmosfera.
Pe masura ce organismele din sol descompun materia organica, o parte din carbon
este eliberat sub forma de CO2 (si se degaja in atmosfera), iar o alta parte importanta
este transformata in noi compusi, care intra in alcatuirea materiei organice a solului.
Aceasta materie organica este reprezentata prin fractia activa (sau labila), care
ramane in sol pentru cativa ani, si prin fractia stabila (materia organica humificata)
20
care rezista in sol timp de zeci sau sute de ani. Materia organica humificata este
stabila deoarece bacteriile si fungii care au contribuit la realizarea ei au creat niste
molecule atat de mari si atat de complexe incat nu pot fi descompuse de alte
organisme.
Biologia Solului
Capitolul 3: BACTERIILE
Bacteriile sunt organisme unicelulare, foarte mici – in general, avand aproximativ 1 µ
in diametru si ceva mai mult in lungime. O lingurita de sol productiv contine, in
general, intre 1 milion si 1 miliard de bacterii. Masa lor cumulata, la un ha de teren,
este egala cu masa a 20 de vite mari (10 tone).
Figura 1: Pe fiecare ha de sol pot fi active 10 t de bacterii. Din: Michael T. Holmes, Oregon State University, Corvallis.
Figura 2: Bacterii si hife de fungi
Din: R. Campbell. In R. Campbell. 1985. Plant Microbiology. Edward Arnold; London. P. 149.
Bacteriile se grupeaza in patru grupe functionale. Cele mai multe sunt bacteriile
descompunatoare care consuma compusi simplii ai carbonului, asa cum sunt
exudatii celulari radiculari sau litiera proaspata. Prin acest proces de descompunere,
bacteriile convertesc energia stocata in materie organica -cu care se hranesc- in alte
forme utile, care devin accesibile tuturor celorlalte organisme din reteaua trofica a
solului. Numerosi descompunatori pot degrada (descompune) chiar pesticidele si
poluatii care ajung in sol. Decompunatorii sunt foarte importanti pentru ca ei
21
imobilizeaza si retin in celulele lor nutrientii, prevenind astfel levigarea lor din zona
radiculara (in special a azotului).
Al doilea grup functional este acela al bacteriilor mutualiste, care realizeasa simbioze
cu plantele. Cel mai bine cunoscute sunt bacteriile fixatoare de azot.
Cel de-al treilea grup functional este reprezentat de bacteriile patogene. Bacteriile
patogene includ speciile Xymomonas si Erwinia, si speciile de Agrobacterium care
cauzeaza formarea tumorilor in radacinile plantelor.
Figura 3. Radacini de Kalanchoe infectate cu Agrobacterium tumefaciens
Din: Enciclopedia Libera Wikipedia
Al patrulea grup functional este reprezentat de bacteriile litotrofe sau
chemoautotrofe. Acestea nu obtin energia din compusi ai carbonului , ci din compusi
anorganici ai azotului, sulfului, fierului. Dintre bacteriile chemoautotrofe fac parte:
- bacteriile metanogene – produc metan ca urmare a metabolismului lor si sunt
anaerobe; se gasesc in mlastini, in izvoare termale, in vanturile hidrotermale
ale marilor, dar si in intestinul rumegatoarelor sau al omului-producand
balonarile;
- halobacteriile sau bacteriile halofile (iubitoare de sare) – traiesc in medii foarte
concentrate in sare, de 5 ori mai mult decat apa oceanelor; se gasesc in
solurile saraturate, in Marele Lac Sarat din Utah, in Marea Moarta. Exemplu:
Halococcus (figura 4).
22
Figura 4. Halococcus – bacterie
iubitoare de sare. Traieste in
medii cu concentratie de NaCl
de pana la 32%.
Halobacteriile prezinta pigmenti –bacteriorodopsina- cu ajutorul carora fixeaza lumina
solara si o convertesc in energie chimica -ATP. Datorita acestui pigment bacteriile
apar colorate si confera culoare roscata si mediului in care traiesc (figura 5).
Figura 5. Halobacteriile contin pigmenti de bacteriorodopsina care le protejeaza de
concentratia mare de sare si care le confera culoare roscata, culoare pe care o
imprumuta si mediul in care traiesc.
Din: Enciclopedia Libera Wikipedia
Halobacteriile nu trebuie confundate cu halofilele eucariote, asa cum este alga
unicelulara Dunaliella salina (figura 6). Acest protist prezinta si el o cantitate mare de
pigmenti (β-caroten) care il protejeaza de concentratia mare de sare. Datorita
pigmentilor, mediul in care traiesc capata culoare rosie (figura 7).
23
Figura 6. Dunaliella salina - alga unicelurara halofila
Figura 7. Apa marii pare colorata in rosu
datorita abundentei de alge unicelulare
Dunaliella salina care contin pigmentii β-
carotenoizi.
Din: Encyclopedia of life online.
- Bacteriile sulf-reducatoare – obtin energia prin reducerea sulfului elementar la
hidrogen sulfurat (Proteus, Pseudomonas, Salmonella) Exista o serie de
bacterii – bacteriile sulfat-reducatoare - care pot sa utilizeaze ca sursa de
energie atat sulful elementar cat si compusi ai sulfului (ex.: Desulfovibrio); De
regula sunt anaerobe, obligate sau facultative;
- Bacteriile termoacidofile – prefera temperaturi de 70 – 80oC si un pH acid de 2-
3. Se gasesc in izvoarele termale.
24
- Bacteriile nitrificatoare –contribuie la realizearea ciclul azotului; vor fi discutate
in continuare.
CE FAC BACTERIILE DIN SOL?
Cele patru grupe functionale de bacterii indeplinesc importante activitati in sol, relativ
la dinamica apei, ciclul nutrientilor si inhibarea bolilor. Anumite bacterii influienteaza
miscarea apei in sol prin producerea de substante care ajuta ca liant al particulelor de
sol si formarea de mici agregate (se imbunatateste structura solului). Agregatele
stabile de sol imbunatatesc infiltratea apei si capacitatea solului pentru retinerea apei.
In diferite comunitati, bacteriile intra in competitie cu organismele care produc boli
plantelor, controland densitatea acestora si inhiband aparitia bolilor.
CATEVA BACTERII IMPORTANTE
Bacteriile fixatoare de azot. Se intalnesc in simbiozele cu radacinile
leguminoaselor (trifoi, lupin, lucerna, mazare, fasole, soia etc) si cu radacinile arinilor.
Atunci cand astfel de bacterii infecteaza radacinile plantelor, pe radacini se formeaza
niste nodozitati vizibile (Figura 8). Plantele vor furniza bacteriilor simbionte compusi
simplii ai carbonului, iar bacteriile vor transforma azotul atmosferic (N2) intr-o forma
pe care plantele gazda o pot utiliza. Cand frunzele si radacinile moarte- provenite de
la aceste plante- vor fi descompuse, solul se va imbogati in azot.
Figura 8. Radacini cu nodozitati, infectate cu bacterii din genul Rhizobium Din: Enciclopedia Libera Wikipedia (imag. din st.: radacina de lucerna - Medicago; imag din dr. radacina de arin - Alnus)
Bacteriile nitrificatoare transforma ionii de amoniu (NH4+) in nitriti (NO2-) apoi in
nitrati (NO3-) – forma de azot preferata de toate plantele. Bacteriile care transforma
25
ionii de amoniu in nitriti apartin genurilor Nitrosomonas si Nitrosococcus, iar cele care
transforma nitritii in nitrati apartin genului Nitrobacter.
Datorita faptului ca nitratul levigheaza mult mai usor pe profilul solului, fermierii
utilizeaza inhibitori ai nitrificarii pentru a reduce activitatea bacteriilor nitrificatoare. In
solurile din padure activitatea bacteriilor nitrificatoare este redusa, astfel incat azotul
ramane preponderent sub forma de amoniu.
Bacteriile denitrificatoare transforma nitratul (NO3-) in azot molecular (N2) sau in
oxid de azot gazos (N2O). Exemple: Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrificans
etc. Bacteriile denitrificatoare sunt anaerobe, ceea ce inseamna ca ele sunt active
doar in absenta oxigenului. Conditii de anaerobioza se pot intalni in toate solurile (in
interiorul agregatelor de sol) sau in solurile saturate (soluri care au porii dintre
agregatele de sol pline cu apa –permanent sau temporar).
Bacteriile nitrificatoare impreuna cu cele denitrificatoare sunt foarte importante
deoarece asigura circuitul azotului in natura (figura 9). O parte dintre acestea
participa si la procesele de depoluare.
Figura 9. Ciclul azotului in natura
Actinomicetele reprezinta un grup larg de bacterii care cresc sub forma de hife, la fel
ca si fungii (Figura 10). Ele sunt responsabile pentru mirosul caracteristic de “pamant”
al solurilor proaspat arate.
26
Figura 10 : Actinomicetele, asa cum sunt aceste Streptomyces, confera solului mirosul de “pamant”.Din: Enciclopedia Libera Wikipedia
Actinomyces israelii
Actinomicetele descompun o vatietate foarte mare de substrate, dar in mod special
sunt importante pentru degradarea compusilor recalcitranti (greu de descompus).
Dintre acestia fac parte chitina si celuloza. Pentru a fi active, actinomicetele au nevoie
de niveluri de pH ridicate, cuprinse intre 6,5 si 9. La pH mai mic de 6,5 actinomicetele
devin inactive, in schimb fungii devin activi si pot realiza descompunerea compusilor
recalcitranti, in conditii de pH acid. Actinomicetele (de ex. Streptomyces) sunt
producatoare de antibiotice.
UNDE SE GASESC BACTERIILE?
Bacteriile populeaza cele mai variate micromedii si folosesc drept hrana o diversitate
mare de substrate. In general, bacteriile sunt mult mai competitive si se dezvolta
vertiginos atunci cand sursele de hrana se gasesc intr-o forma usor de metabolizat (de
ex., resturi vegetale proaspete sau compusi secretati de radacinile vii ale plantelor).
Bacteriile se gasesc in special concentrate in rizosfera (zona din vecinatatea imediata
a radacinilor). Acest fapt reprezinta o dovada ca plantele produc numeroase tipuri de
exudati radiculari pentru a incuraja cresterea si dezvoltatrea bacteriilor. Bacteriile au
rol protector pentru plante, deoarece inhiba aparitia multor boli (sa ne gandim, de
exemplu, la capacitatea bacteriilor de a sintetiza antibiotice!).
Bacteriile au capacitatea de a modifica prin activitatea lor conditiile de viata dintr-un
sol, favorizand instalarea plantelor, cresterea si dezvoltarea acestora. Pe un sediment
proaspat nu plantele sunt cele care se instaleaza primele, ci comunitatile de bacterii.
Bacteriile, incepand cu bacteriile fotosintetizatoare, sunt cele care fixeaza azotul
atmosferic si carbonul, produc materie organica, imobilizeaza azotul si alti nutrienti si
initiaza circuitul elementelor in cadrul solurilor tinere (in curs de formare). Abia dupa
aceea, primele specii de plante gasesc conditii proprii pentru viata si se pot instala. Pe
masura ce comunitatea vegetala se instaleaza, diferite tipuri noi de materie organica
intra in sol, diversificand astfel sursele de hrana disponibile pentru bacterii. La schimb,
27
comunitatea bacteriana modifica structura solului, iar prin descompuneri furnizeaza
elemente minerale, creand astfel un mediu mai bun pentru radacinile plantelor.
Bacteriile Stimuleaza Cresterea Plantelor
Anumite tulpini bacteriene (de ex., Pseudomonas fluorescens) prezinta activitate anti-
fungica, inhiband o serie de patogeni ai plantelor. P. fluorescens, dar si alte specii de
Pseudomonas precum si specii de Xanthomonas influenteaza pozitiv cresterea
plantelor. Influienta bacteriilor asupra plantelor se poate manifesta fie indirect, fie
direct. Pe de o parte, aceste bacterii pot produce compusi care inhiba cresterea
patogenilor, iar in aceste conditii plantele fiind libere de boli cresc si se dezvolta in
voie; pe de alta parte, anumite bacterii sunt capabile sa produca compusi stimulatori
(factori de crestere) care actioneaza direct asupra plantelor, favorizand cresterea.
Desi, aceste interactiuni benefice dintre bacterii si plante au loc in mod natural in sol,
nu intotdeauna numarul lor este suficient de mare pentru a avea loc efectele scontate.
De aceea, se doreste obtinerea unor seminte inoculate cu bacterii anti-fungice, asa
cum este P. fluorescens, pentru a asigura reducerea patogenilor si pentru a obtine
recolte sanatoase si productii mari.
Biologia Solului
Capitolul 4: FUNGII DIN SOL
Fungii sunt organisme microscopice care de obicei cresc sub forma unor filamente
lungi, numite hife. Uneori hifele se grupeaza intr-o masa numita miceliu, care are
aspect rizomorf (forma de radacini). Hifele isi creaza loc printre particulele de sol,
printre si prin radacini si roci. De regula, au o grosime de cativa microni si o lungime
variabila, de la cateva sute de microni pana la cativa metri. Anumiti fungi, asa cum
sunt drojdiile sunt unicelulare. Ceilalti fungi sunt pluricelulari.
Fungii realizeaza numeroase functii importante, cum ar fi: dinamica apei in sol,
circuitul nutrientilor si inhibarea bolilor. In cadrul retelei trofice fungii au rol de
descompunatori (alaturi de bacterii). Ei transforma materia organica greu de
descompus in forme usor accesibile altor organisme din sol. Hifele fungilor leaga fizic
28
particulele de sol, creand agregate stabile, ceea ce imbunatateste capacitatea de
infiltrare si de retinere a apei.
Fungii din sol pot fi grupati in trei grupuri functionale, in functie de modul in care isi
procura energia.
Descompunatorii –fungii saprofiti – transforma materia organica moarta in biomasa
proprie, dioxid de carbon (CO2), si mici molecule, asa cum sunt acizii organici. In
general, acesti fungi utilizeaza substrate complexe - celuloza si lignina din resturile
vegetale lemnoase- sau o serie poluanti organici. Anumiti fungi descompunatori
utilizeaza insa, ca si bacteriile, substrate simple. Activitatea fungilor este foarte
importanta pentru imobilizarea si retinerea nutrientilor in sol. Metabolitii lor secundari
sunt acizi organici, care o data eliberati in sol contribuie la formarea acizilor humici
rezistenti in sol timp de sute de ani.
Mutualistele – fungii micorizali – colonizeaza radacinile plantelor. In schimbul
carbonului organic pe care il primesc de la plante, fungii micorizali pun la dispozitia
plantelor apa si nurientii pe care-i solubilizeaza din compusii greu utilizabili de catre
plante. Acesti nutrienti sunt: fosforul, azotul si microelementele. Micorizele pot fi:
- ectomicorze (Figura 3) - fungii micorizali cresc pe suprafata radacinilor; sunt
asociati de regula cu radacinile pomilor si vitei de vie;
- endomicorize - fungii micorizali cresc in interiorul celulelor radiculare; sunt
asociati cu plantele ierbacee, culturile de camp, legumele si arbustii. Micorizele
arbusculare reprezinta un tip de endomicorize (figura 4);
- micorizele ericoide – fungii micorizali pot sa creasca fie la suprafata, fie in
interiorul radacinilor.
Al treilea grup de fungi este reprezentat de fungii patogeni si paraziti, care
determina reducerea productiilor sau cauzeaza moartea atunci cand colonizeaza
radacinile sau alte organisme din sol. Fungii patogeni ai radacinilor, asa cum sunt
Verticillium, Pythium si Rhizoctonia, produc numeroase pierderi economice pentru
agricultura in fiecare an. Numerosi fungi paraziti au rol in controlul bolilor. De
exemplu, fungii care paraziteaza nematodele si insectele pot fi utilizati ca agenti
de biocontrol, regland densitatea populatiilor de nematode si insecte daunatoare.
29
Figura 1: Numeroase plante depind de activitatea fungilor, care le ajuta sa extraga nutrientii din sol. Radacinile sunt in simbioza cu fungi micorizali, iar hifele acestora (benzile albe) radiaza in masa solului.Dupa: Randy Molina, Oregon State University, Corvallis
Figura 2: Fungi care descompun vasele conducatoare ale unei frunzeDupa: No. 48 Soil Microbiology and Biochemistry. J.P. Martin, et al., eds. SSSA, Madison WI.
Figura 3: Ectomicorize pe o radacina de vita de vie. Fungii nu invadeaza celulele radacular, dar penetreaza printre acestea. Fungii din imagine sunt albi, dar ei pot fi negri, portocali, galbeni sau roz.Dupa: USDA, Forest Service, PNW Research Station, Corvallis, Oregon
Figura 4: Endomicorize arbusculare in interiorul celulelor radiculare de trifoi. Dupa: Elaine R. Ingham
UNDE SE GASESC FUNGII?
Fungii saprofiti se gasesc in jurul resturilor vegetale lemnoase. Hifele fungilor prezinta
avantaj fata de bacterii, deoarece se extind pe suprafete mari. In conditii de
uscaciune, fungii pot crea punti de hife pana la zone in care mai gasesc apa, putand
astfel sa supravietuiasca si sa creasca. Bacteriile nu pot sa faca acest lucru si astfel isi
inceteaza activitatea. Fungii sunt capabili sa extraga azotul din sol, putand
descompune chiar si resturile sarace in azot si cu compusi ai azotului greu de
descompus.
Fungii sunt organisme aerobe. Solurile care devin anaerobe pentru perioade
indelungate de timp, pierd componenta fungica a retelei trofice. Conditiile anaerobe
apar de regula in turbarii si in solurile argiloase foarte compactate (vertisoluri).
Fungii se dezvolta in mod deosebit mai ales pe solurile forestiere. S-a observat ca
biomasa fungica inregistreaza cea mai mare productivitate in paduri.
30
Figura 5: In ecosistemele aride, desertice, fungi pompeaza apa si nutrientii pentru plante. Dupa: Jerry Barrow, USDA-ARS Jornada Experimental Range, Las Cruces, NM.
Figura 6: Ciuperci comune ecosistemelor forestiere (basidiomicete). Aceste ciuperci dezvolta in sol o extinsa retea de hife.
FUNGII MICORIZALI IN AGRICULTURA
Majoritatea pomilor si culturilor agricole depind de beneficiul substantial pe care il
aduc micorizele. Exceptie fac numerosi membri ai familiei Cruciferae (ex. brocoli,
mustarul), si ai familiei Chenopodiaceae (ex. Spanacul, loboda, sfecla), care nu
formeaza asociatii micorizale.
Practicile de management de teren influenteaza formarea micorizelor. Lucrarile
intense ale solului si folosirea fungicidelor distrug micorizele.
Figura 7: Fungii micorizali leaga particulele de sol de radacinile plantelor. In aceasta imagine se poate observa cum granulele de pamant adera la radacina prin intermediul polizaharidelor secretate de planta si de fungi.
Biologia Solului
Capitolul 5: PROTOZOARELE DIN SOL
PROTOZOA
Protozoarele (protos- primul; zoon- animal) sunt organisme unicelulare care se
hranesc in primul rand cu bacterii si cu materie organica solubila; unele protozoare se
pot hrani cu alte protozoare sau uneori cu fungi. Protozoarele sunt de cateva ori mai
mari decat bacteriile, avand in general 5 - 500 µm in diametru. Deoarece se hranesc
cu bacterii, protozoarele elibereaza in mediu o parte din azotul care intra in
31
componenta compusilor bacterieni (cealalta parte fiind utilizata pentru sinteza
propiilor compusi). Azotul eliberat este pus la dispozitia plantelor si a celorlalti membri
din reteaua trofica.
Protozoarele din sol sunt clasificate in trei mari grupe, in functie de forma lor:
Ciliatele sunt celule mari; ele realizeaza locomotia prin intermediul unor unor perisori
de pe suprafata membranei, denumiti cili (de aici si denumirea lor). Ciliatele se
hranesc cu bacterii sau, unele dintre ele, chiar cu alte tipuri de protozoare (Ex.
Didinium – figura 1). Ciliatele sunt forme libere (Paramecium, Didinium, Cleops etc –
figurile 1, 2, 3) sau forme fixate (Vorticella, Stentor etc- figurile 4, 5). Formele libere se
deplaseaza prin inot (cu ajutorul cililor) sau prin tarare (cu ajutorul cirrilor-organite
rigide spiniforme, rezultate din fuzionarea cililor). Reproducerea ciliatelor se face de
obicei pe cale asexuata prin diviziune transversala. Cand conditiile de mediu devin
nefavorabile sau dupa o lunga perioada de diviziuni ciliatele isi remaniaza materialul
genetic recurgnd la inmultirea sexuata prin conjugare.
Figura 1. Didinium- ciliat liber care se hraneste cu alte protozoare (cu
parameci)
32
Figura 2. Paramecium caudatum- ciliat liber
Figura 4: Ciliatele sunt protozoarele cele mai mari. Un ciliat consuma cca zece mii de bacterii pe zi si elibereaza in mediu azot disponibil plantelor. Ciliatele se misca usor si rapid in sol cu ajutorul cililor.In imagine Cleops sp.
Amoebele (amibele) sunt de asemenea celule mari; ele realizeaza locomotia prin
intermediul unor prelungiri citoplasmatice temporare, denumite pseudopode. Amibele
se pot impartii in amibe nude sau fara test (care nu au invelis extern: de exemplu
Amoeba proteus) si amibe cu test (un invelis extern pseudochitinos, silicios sau
calcaros: de exemplu Thecamoebele, Radiolarii, Foaraminiferle si unele Heliozoare).
Amibele lipsite de test traiesc majoritatea in apele dulci si in solutia solului. Putine
dintre ele sunt specii parazite sau marine. Amibele cu test sunt specii acvatice, marine
(radiolarii si foraminiferele) sau de apa dulce (majoritatea heliozoarelor).
33
Flagelatele sunt protozoare mai mici; ele utilizeaza pentru locomotie unul sau mai
multi flageli (structuri similare cililor, dar mai lungi).
Figura 1: Protozoarele joaca un rol important in ciclul nutientilor, hranindu-se intens cu bacterii. In imag. Amoeba proteus
Figura 2: Amiba ingerand bacterii. Dupa: No. 35 from Soil Microbiol. and Biochemistry,1976. J.P. Martin, et al.
Figura 3. Flagelatele au unul sau mai multi flageli cu ajutorul carora se deplaseaza si se hranesc (vezi protozoarul din stanga). Formele granulare care apar in imagine sunt bacterii.Dupa: Elaine R. Ingham
CE FAC PROTOZOARELE?
Protozoarle joaca un important rol in minerlizarea nutrientilor, punandu-i astfel la
dipozitia plantelor si a celorlalte organisme din sol. Raportul carbon: azot este de 10:1
sau mai mult in celulele protozoarelor; bacteriile au un raport C:N mai mic de 10:1, de
regula mergand pana la 3:1. In acest fel, protozoarele, care se hranesc cu bacterii,
preiau o cantitate de azot mai mare decat au ele nevoie pentru propiul metabolism,
astfel incat acest surplus este eliberat in mediu sub forma de amoniu (NH4). Amoniul
va fii repede preluat de catre alte organisme din sol si de catre radacinile plantelor.
Un alt rol foarte important al protozoarelelor este in reglarea numerica a populatiilor
bacteriene (consumand o cantitate mare de bacterii pentru nutritia lor). De asemenea,
34
ele joaca rol important in descompunerile care au loc in sol si in structurarea
agregatelor de sol. Protozoarele constituie hrana pentru alte ogranisme importante
din sol si, de asemenea, ele ajuta la supresia anumitor boli si a anumitor patogeni.
UNDE SE GASESC PROTOZOARELE?
Protozoarele au nevoie de bacterii pentru a se hranii si de apa pentru a se misca. De
aceea, gradul de umiditate al solului are un rol deosebit de important in determinarea
tipurilor de protozoare care vor fi prezente si active la un moment dat in sol. Ca si
bacteriile, protozoarele prefera zona rizosferei pentru cresterea si dezvoltarea lor.
Numarul tipic de protozoare din sol variaza in limite foarte largi – de la cateva mii pe
gram sol uscat in solurile cu fertilitate scazuta, pana la milioane pe gram in solurile cu
fertilitate ridicata.
Solurile in care domina fungii (de exemplu, cele forestiere) au tendinta de a avea mai
multe amoebe cu test (cu schelet extern) si ciliate decat alte tipuri de protozoare. In
solurile in care domina bacteriile, protozoarele predominante sunt reprezentate de
flagelate si de amibe nude. In general, solurile cu continut ridicat de argila prezinta
mai ales protozoare mici (flagelate mici si amibe nude), spre deosebire de solurile cu
textura medie care contin flagelate mult mai mari, amibe care apartin ambelor
varietati (atat nude cat si cu test), precum si numeroase ciliate.
PROTOZOARELE SI NEMATODELE
Protozoarele si nematodele-consumatoare de bacterii se afla in permanenta
competitie pentru resursele lor comune de hrana: bacteriile. Solurile contin fie un
numar mare de protozoare, fie un numar mare de nematode-consumatoare de
bacterii, niciodata ambele categorii in numar mare. Semnificatia pentru plante a
acestei diferente nu este cunoscuta. Ambele grupe de organisme consuma bacterii si
elibereaza in mediu amoniu NH4+.
VAMPIRII CARE LOCUIESC IN SOL
Majoritatea protozoarelor se hranesc cu bacterii, dar exista si un grup de amibe care
se hranesc cu fungi. Aceste amibe prezinta schelet extern si rizopode (pseudopode
lungi si subtiri, filamentoase). Ele fac parte din grupul de protiste numit Cercozoa si
prezinta numeroase similitudini cu Foraminiferele si Radiolarii. Impreuna fac parte din
supergrupul Rhizaria. (Foraminiferele sunt comune in bentosul marin, radiolarii in
planctonul marin, iar cercozoarele sunt comune in soluri).
35
Gaurile perfect rotunde, pe care aceste amibe le fac in peretii celulari ai fungilor,
amintesc de cele lasate de vampiri pe gatul victimelor lor. De aceea, aceste amibe se
numesc Vampyrellidae. Amibele vampirelide se ataseaza de suprafata hifelor si
secreta enzime care vor digera peretele celular al fungului. Dupa aceea amiba inghite
continutul celular al hifei.
Vampirelidele ataca numerosi fungi, inclusiv fungii patogeni, asa cum sunt fungii care
produc boala rugina graului (figura 5).
Figura 5 . Hife de
Gaeumannomyces graminis (o
specie de fung care ataca radacinile
graului) ciuruite de actiunea
enzimatica a amibelor
consumatoare de fungi.
36
Euglena sp.
Ceratium sp.-dinoflagelat
Volvox aureus-flagelat colonial Codosiga sp.-flagelat colonial
37
noctiluca
vorticella
38
stentor
Euplotes –cirri
heliozoar
39
radiolar-collozoum
Biologia Solului
Capitolul 6: NEMATODELE
NEMATODELE DIN SOL
Nematodele din sol sunt viermi cilindrici, nesegmentati, care au in general 50 µm in
diametru si 1 mm in lungime. Printre nematode exista cateva specii responsabile
pentru producerea anumitor boli la plante si de aceea, atentia specialistilor este
concentrata mai ales pe aceste specii. Exista, insa, numeroase specii de nematode
care indeplinesc roluri benefice pentru soluri.
In reteaua trofica a solului exista o varietate incredibila de nematode; ele indeplinesc
functii importante in cadrul diferitelor nivele trofice. Astfel, anumite nematode se
hranesc cu plante si alge (actionand asupra primului nivel trofic); altele se hranesc cu
bacterii si fungi (al doilea nivel trofic); iar altele sunt pradatoare, hranindu-se cu alte
nematode (nivel trofic superior).
Nematodele libere din sol (adica speciile neparazite) se impart in functie de modul lor
de nutritie, in patru grupe:
Nematodele bacterivore, care se hranesc cu bacterii; nematodele fungivore, care
penetreaza peretii celulari ai fungilor si ii golesc de continutul celular; nematodele
pradatoare, care se hranesc cu toate tipurile de nematode si cu protozoare pe care le
inghit intregi, sau se ataseaza de cuticula nematodelor mai mari si extrag continutul
intern al prazii. Nematodele omnivore se hranesc cu o varietate larga de organisme
sau au anumite diete preferentiale in functie de stadiul lor de viata. Nematodele
consumatoare de radacini sunt parazite ale plantelor si deci ele nu sunt forme libere in
sol.
40
Figura 1: Nematode din sol. Majoritatea nematodelor din sol nu sunt forme parazite ale plantelor. Beneficiile pe care le aduc nematodele sunt legate de controlul bolilor si de circuitul nutrientilor. Dupa: Elaine R. Ingham
Figura 2: Un nematod pradator care se hraneste cu un alt nematod.Dupa: Kathy Merrifield, Oregon State University, Corvallis.
CE FAC NEMATODELE DIN SOL?
Ciclul nutrientilor. Ca si protozoarele, nematodele sunt importante in mineralizarea
substantelor organice si eliberarea nutrientilor in forme usor asimilabile de catre
plante. Ca urmare a nutritiei lor, nematodele elibereaza importante cantitati de
amoniu in mediu, deoarece bacteriile si fungii cu care se hranesc contin mai mult azot
decat le este nematodelor necesar pentru sintezele proprii.
Intervin in reglarea densitatii populatiilor. La o densitate scazuta de nematode
va creste considerabil densitatea populatiilor-prada: bacteriile, fungii, plantele, etc. La
o densitate mare a nematodelor, densitatea populatiilor-prada se va diminua. In felul
acesta ar putea descreste productivitatea plantelor, s-ar putea produce un impact
negativ asupra fungilor micorizali, si de asemenea s-ar putea reduce rata
descompunerilor si imobilizarilor de nutrienti realizate de catre bacterii si fungi.
Nematodele pradatoare insa, intervin in reglarea densitatii populatiei nematodelor-
consumatoare de bacterii, consumatoare de fungi si a nematodelor consumatoare de
plante, prevenind suprapopularea cu aceste grupe de nematode. Raporturile bine
echilibrate intre diferitele grupe de nematode vor mentine astfel un bun control al
tuturor populatiilor de microorganisme din sol.
Dispersia microorganismelor. Nematodele ajuta la buna distributie a bacteriilor si a
fungilor atat in sol cat si de-a lungul radacinilor. De asemenea, sporii si formele
inchistate pot fi usor dispersate in sol, fie purtate pe suprafata corpului nematodelor
fie prin intermediul sistemului lor digestiv.
Sursa de hrana. Nematodele reprezinta sursa de hrana pentru pradatorii de inalt
nivel, inclusiv nematodele pradatoare, microartropodele si insectele din sol. De
asemenea, nematodele pot fi parazitate de anumite bacterii si anumiti fungi paraziti.
41
Controlul bolilor. Este cunoscut faptul ca anumite nematode pot cauza boli, asa cum
sunt nematodele parazite consumatoare de radacini. Exista, insa, numeroase
nematode (nematodele pradatoare) care se hranesc cu astfel de organisme care
cauzeaza boli. In felul acesta, nematodele actioneaza ca potentiali agenti in
biocontrolul bolilor.
Figura 3: Nematodele consumatoare de fungi prezinta in gura un stilet scurt si ascutit cu care penetreaza peretii celulari ai fungilor.Dupa: Elaine R. Ingham
Figura 4: Acest nematode consumator de bacterii, Elaphonema, prezinta un ornament al gurii care il face distinct de alte nematode.Dupa: Elaine R. Ingham
Figura 5: Nematodul Pratylenchus, are un stilet scurt si gros.Dupa: Kathy Merrifield, Oregon State University, Corvallis
Figura 6: Nematodele consumatoare de radacini folosesc stiletul pentru a penetra peretii celulari radiculari. Stiletul curbat al acestui nematod este caracteristic genului Trichodorus.Dupa: Elaine R. Ingham
UNDE SE GASESC NEMATODELE?
Nematodele se gasesc concentrate langa grupurile de organisme care constituie
hrana lor. De exemplu, nematodele consumatoare de bacterii vor fi abundente in
rizosfera, acolo unde si bacteriile sunt cele mai abundente, nematodele consumatoare
de fungi se vor gasii alaturi de populatiile fungice si tot asa. Nematodele pradatoare
sunt mult mai abundente in solurile in care si celelalte categorii de nematode sunt
abundente.
42
Datorita dimensiunilor lor, nematodele au tendinta de a fi mai abundente in solurile cu
textura medie. Nematodele se misca prin porii plini cu apa ai solului (> 50 µm).
In general, in solurile agricole, la o ligurita de sol (sau 1 g sol uscat) se gasesc mai
putin de 100 nematode. Solurile pasunilor pot contine intre 50 si 500 nematode, iar
solurile forestiere au frecvent cateva sute de nematode. Proportia dintre nematodele
consumatoare de bacterii si nematodele consumatoare de fungi este conditionata mai
ales de cantitatea de hrana (de bacteriile si respectiv de fungii din sol). Nematodele
pradatoare se gasesc mai ales in solurile mai putin lucrate, ceea ce sugereaza ca
acestea sunt sensibile la disturbarile care pot sa apara in sol.
NEMATODELE SI CALITATEA SOLULUI
Nematodele pot fi folosite ca indicatori ai calitatii solului datorita diversitatii lor mari si
datorita participarii lor in cadrul diferitelor nivele ale retelei trofice. Numerosi
cercetatori propun metode de apreciere a starii de calitate a solului bazate pe
numarul de nematode care apar in diferite familii sau grupe trofice.* In plus,
nematodele pot fi folosite ca indicatori deoarece proportiile dintre populatiile lor sunt
relativ stabile la diferitele schimbari de temperature si de umiditate care apar in sol.
Spre deosebire de bacterii, nematodele raspund la schimbarile care apar in sol intr-o
maniera predictibila. Schimbarile care apar in cadrul populatiilor de nematode reflecta
intocmai schimbarile care au loc in micromediile solului.
*Blair, J. M. et al. 1996. Nevertebratele solului ca indicatori ai calitatii solului. In
Metode de apreciere a Calitatii Solului, SSSA Special Publication 49, pp. 273-291.
Capcane pentru Nematode
Exista un grup de fungi care pot fi utilizati ca agenti biologici in controlul nematodelor
parazite. Acesti fungi pradatori cresc in sol si intind capcane atunci cand detecteaza
semnale de la prada lor. Anumite specii de fungi utilizeaza capcane lipicioase, iar
altele construiesc inele circulare din hife, cu care realizeaza prinderea prazii.
43
Arthrobotrys
dactyloides.
Dupa Wang, 2003
Dactylella
leptospora
Dupa Esser, 2003
44
Biologia Solului
Capitolul 7: ARTHROPODA
ARTROPODELE DIN SOL
Artropodele sunt animale nevertebrate, care prezinta o mare diversitate de forme,
datorita adaptarii lor la diferite conditii de mediu (terestru, subterestru, ape dulci si
marine, gheturi eterne sau viata parazitara). Numele de artropode vine de la gr.
arthros – segmentat si podos – picior. Prin urmare artropodele sunt animale
nevertebrate, cu picioarele segmentate. Ele nu prezinta schelet intern, dar au corpul
acoperit de o cuticula chitinizata care formeaza un exoschelet.
Figura 1. Aceasta imagine microscopica prezinta o multitudine de specii de acarieni extrasi din sol. Pe o suprafata de cca 1m2 si o adancime de 2 cm se pot gasii cca 200 specii de acarieni. Desi insuficient studiati ei au un rol covarsitor in eliberarea nutrientilor in sol. Dupa: Val Behan-Pelletier, Agriculture and Agri-Food Canada
Artropodele au marimi variabile; de la dimensiuni microscopice pana la cativa
centimetri, in lungime. Artropodele din sol cuprind specii inferioare - miriapodele (asa
cum sunt centipedele si milipedele) si specii superioare asa cum sunt insectele (ex.
gandacii, antenatele, colembolele-insecte fara aripi), arahnidele (paienjeni, scorpioni si
acarieni) si crustaceele (ex. isopodele).
45
collembole –foto Edie Dumbar traiesc in
litiera si soluri umede
Acarian pradator Roy Norton
Milipede Trigoniulus corallinus (incr.
Arthropoda, suincr. Myriapoda, Cls. Diplopoda)
Porcellio scaber (Increngatura
Arthropoda, Subincr. Crustacea, Clasa
Malacostraca, Ord. Isopoda)
Solurile reprezinta habitat pentru foarte multe specii de artropode. Pe un km2 de sol
forestier, de exemplu se pot intalni cateva mii de specii diferite de artropode.
Artropodele pot fi grupate in: detritivore, pradatoare, erbivore si fungivore, bazat pe
modul lor de nutritie si implicit pe functiile pe care le indeplinesc in sol. Cele mai
multe artropode care traiesc in sol se hranesc cu fungi, viermi sau cu alte artropode.
46
Spre deosebire de acestea, artropodele erbivore, precum si cele detritivore sunt mai
putin abundente. Pe masura ce se hranesc, artropodele amesteca si aereaza solul,
regleaza densitatea populatiilor altor organisme si maruntesc materia organica din sol.
DETRITIVORELE
Artropodele mai mari care se observa frecvent la suprafata solului sunt artropodele
detritivore. Detritivorele mesteca materialul vegetal mort si odata cu acesta consuma
si bacteriile si fungi care se gasesc pe suprafata resturilor vegetale. Cele mai
numeroase detritivore sunt milipedele si crustaceele isopode, dar si termitele si
numerosi acarieni. In solurile arabile, detritivorele pot sa devina daunatoare, deoarece
in lipsa materialului vegetal mort, ele se pot hrani si cu radacini vii.
Figura 3: Milipedele sunt denumite si Diplopode deoarece ele au doua perechi de picioare pe fiecare segment al corpului. In general sunt inofensive pentru om, dar numeroase milipede se apara de pradatorii lor prin anumite secretii glandulare iritante si urat mirositoare. In imagine Orthoporus ornatus, un miriapod gigant (specie de desert) care atinge 15 cm lungime. Dupa: David B. Richman, New Mexico State University, Las Cruces.
Figura 4: Crustacei edafici (similari racilor si crabilor). Apendicii lor bucali foarte puternici faramiteaza resturile vegetale si litiera.Dupa: Gerhard Eisenbeis and Wilfried Wichard. 1987. Atlas on the Biology of Soil Arthropods. Springer-Verlag, New York. P. 111.
PRADATORII
Pradatorii si micropradatorii sunt fie pradatori generalizati, atunci cand se hranesc cu
diferite tipuri de prada, fie specializati, atunci cand vaneaza un singur tip de prada.
Pradatorii includ centipede (miriapode care au o singura pereche de picioare pe
fiecare segment al corpului), paianjeni, scorpioni, pseudoscorpioni, anumiti acarieni,
gandaci si furnici. Cei mai multi pradatori se hranesc cu daunatori ai culturilor (fungi,
viermi sau artrpode daunatoare).
47
Figura 7: Acest paianjen de 2-3 mm se gaseste la suprafata solului unde ataca alte artropode edafice. Ochii acestui paianjen se gasesc pe un peduncul situat deasupra capului. Walckenaera acuminata.Dupa: Gerhard Eisenbeis and Wilfried Wichard. 1987. Atlas on the Biology of Soil Arthropods. Springer-Verlag, New York. P. 23.
Figura 8: Acest paianjen din familia Lycosidae este un pradator solitar. Femela isi cara puii pe abdomen si ii hraneste prin regurgitare pana cand puii devin capabili sa vaneze singuri.Dupa: Wikipedia-Enciclopedia liberaTrygve Steen, Portland State University, Portland, Oregon.
Figura 9: Pseudoscorpionii arata ca puii de scorpion, dar nu au coada. Ei secreta venin si il elibereaza prin chelicere. Traiesc in sol, in desert, in culturile de camp, in litiera. Unii pseudoscorpioni se agata sub aripile gandacilor, fiind astfel transportati la distanta. Dupa: David B. Richman, New Mexico State University, Las Cruces
Figura 10: Centipedele sapa galerii in sol in cautarea pradei lor (viermi de pamant sau alte organisme cu corpul moale) Majoritatea speciilor se gasesc in litiera si in jurul locuintelor. Dupa: No. 40 from Soil Microbiology and Biochemistry Slide Set. 1976. J.P. Martin, et al., eds. SSSA, Madison, WI
Figura 11: Acarienii pradatori ataca nematode, colembole, alti acarieni si larve de insecte. Acest acarian Pergamasus sp. are (1mm) lungime.Dupa: G. Eisenbeis and W.Wichard. 1987. Atlas on the Biology of Soil Arthropods.
Figura 12: Acest coleopter Carabus auratus este un veritabil pradator (in imagine se observa cum ataca cu maxilele puternice o rama) Dupa: Wikipedia – Enciclopedia libera
48
Figura 13: Furnicile sunt insecte sociale ca si albinele si viespile (apartinand clasei Hymenoptera). Pot fi pradatoare, omnivore, erbivore sau se hranesc cu insecte moarte. Sapa galerii pana la 3 m in sol. Biomasa lor este impresionanta: 10-20% din biomasa animala terestra (depasind-o pe cea a vertebratelor). In imagine trei furnici din genul Oecophylla care devoreaza o furnica rosie. Din: Wikipedia- Enciclopedia libera.
ERBIVORE
Numeroase insecte se hranesc cu radacinile plantelor sau alte organe ale plantelor,
asa cum sunt cicadele, greierii, unele furnici, unele coleoptere (ex. Leptinotarsa
decemlineata- gandacul de Colorado, figura 14) etc. Artropodele erbivore produc
pagube importante, mai ales atunci cand numarul lor nu este controlat de catre alte
organisme insectivore.
Figura 14: Gandacul de Colorado este o specie de Coleoptere erbivore care produce numeroase pagube in cultura cartofului. (In imaginea din stanga – forma adulta; in imaginea din dreapta – stadiul larvar). Din: Wikipedia – enciclopedia libera
FUNGIVORELE
Arthropodele care se hranesc cu fungi (si uneori se extind si asupra bacteriilor) include
majoritatea colembolelor.
49
Colembole (Ord. Collembola)
Colembolele sunt printre cele mai răspândite şi abundente artropode terestre.
Importanţa acestora în ecosistemele terestre a fost multă vreme subestimată. Cu
excepţia unor specii parazite, colembolele sunt considerate a fi organisme utile,
având un rol important în procesele de descompunere.
Colembolele sunt insecte hexapode de dimensiuni mici, fără aripi, cu cap distinct, o
pereche de antene, şase segmente abdominale, fiind înzestrate cu oceli (ochii
compuşi le lipsesc). Sunt prevăzute cu un organ de sărit, furcula, plasat ventral (vezi
figura). Majoritatea Colembolelor adulte
au doar câtiva milimetri lungime. Ele trăiesc într-o mare varietate de habitate, însă
majoritatea speciilor exceptând formele de litoral şi neustonice, sunt cel mai întâlnite
în sol şi în stratul de litieră, unde, împreună cu viermii constituie majoritatea faunei de
artropode edafice (Richard J. SNIDER, 1987).
Datorită dimensiunii lor mici, contribuţia colembolelor la biomasa totală animală din
sol şi la respiraţie este scăzută, cum ar fi de exemplu 1-5% în ecosistemele temperate
dar peste 10% în anumite regiuni arctice. În ciuda faptului că reprezintă o biomasă
scăzută, colembolele sunt extrem de importante în influenţarea structurii anumitor
soluri (Kenneth A. Christiansen, Richard J. Snider, 1984).
Ele au o mare varietate de diete, însă majoritatea formelor edafice se hrănesc cu
vegetaţia în descompunere şi/sau microfloră. În sol ele pot influenţa creşterea şi
controlul unor ciuperci dăunătoare plantelor.
Există şi câteva specii, precum Sminthurus viridis (puricele lucernei), ce se hrănesc cu
material vegetal putând cauza daune economice precum reducerea culturilor de trifoi
cu până la 50%. Un număr de specii sunt carnivore hrănindu-se cu Nematode, Rotifere
şi chiar cu alte Colembole.
Colembolele ca indicatori ecologici
În ultimii ani, se manifestă un interes tot mai ridicat în folosirea animalelor ca
“indicatori ecologici” ai stării de mediu. Caracteristicile comunităţilor de specii pot
dezvălui proprietăţile habitatelor lor naturale ce ar fi, dacă nu imposibil, foarte dificil
de cuantificat doar prin simpla măsurare a factorilor fizici sau a tipului de vegetaţie.
În plus, s-au efectuat numeroase teste de laborator privind efectul factorilor poluatori
asupra colembolelor. Numeroşi specialişti susţin că abundenţa, diversitatea speciilor şi
caracteristicile colembolelor pot furniza informaţii relevante privind impactul unor
poluatori asupra ecosistemelor. O descreştere a numarului de colembole dintr-un
habitat poate fi în numeroase rânduri rezultatul acţiunii factorilor poluatori.
50
Se presupunea că poluarea duce la descreşterea populaţiilor tuturor speciilor de
colembole, dar aceasta nu este întotdeauna adevărat. Într-adevar, răspunsul obişnuit
la acţiunea unor factori poluatori la anumite nivele poate duce la creşterea numărului
de indivizi dintr-o anumită specie. Efectul poate fi indirect datorită distrugerii
prădătorilor ce sunt mai sensibili la efectul unor astfel de poluanţi.
Anumite specii pot fi privite ca “acidofile” iar altele ca si “calciofile”, ploile acide
favorizând, de exemplu, dezvoltarea primului tip (acidofile). Specia Isotoma notabilis
pare să fie foarte sensibilă la ploile acide.
Într-un experiment ce a urmărit abundenţa diferitelor specii de colembole dintr-o
regiune contaminată cu plumb din Norvegia s-a observat că specia Isotoma olivacea
avea abundenţa cea mai ridicată în condiţiile în care în mod normal specia
Protaphorura armata ar fi trebuit sa fie cea mai numeroasă.
De asemenea s-a studiat distribuţia populaţiilor de Isotomiella minor, Folsomia
quadrioculata şi Folsomia fimetariodes într-o regiune poluată cu metale grele din
Suedia. Astfel s-a remarcat o diferenţa în sensibilitatea la factorii poluatori dintre
aceste specii. Astfel, primele două Isotomiella minor, Folsomia quadrioculata erau mai
puţin abundente în apropierea surselor de contaminare decât Folsomia fimetariodes,
care a apărut într-un număr mai mare decat în zone necontaminate.
Astfel, ca răspuns la contaminarea mediului cu anumiţi poluanţi, anumite specii de
colembole părăsesc mediul respectiv, unele sunt ucise iar altele cresc în abundenţă.
Folsomia quadrioculata, spre exemplu (specie ce deseori cuprinde mai mult de 40%
din populaţia de colembole din habitatele din zona temperată), este foarte probabil să
îşi reducă abundenţa ea fiind destul de sensibilă la poluanţi chimici. Cu toate acestea,
un răspuns detaliat al fiecărei specii în parte la acţiunea factorilor poluatori este dificil
de prezis.
51
Cerinta chimica de oxigen
Cerinta chimica de oxigen (CCO) masoara consumul de oxigen din apa, din timpul descompunerii materiei organice si a oxidarii compusilor anorganici (asa cum sunt amoniul si nitritii). In general masurarea CCO se face pe o proba de apa uzata sau pe o proba de apa naturala, contaminata cu reziduri industriale sau domestice. Proba de apa se tine la incubat cu un puternic oxidant, in anumite conditii de temperature si o anumita perioada de timp. Cel mai comun oxidant folosit pentru masurarea CCO este bicromatul de potasiu (K2Cr2O7) in combinatie cu acidul sulfuric (H2SO4), la cald. Deoarece acest oxidant nu este specific, nu ne arata daca CCO este rezultatul degradarii compusilor organici sau ai celor anorganici. Prin urmare, prin metoda determinarii CCO, va fii masurat oxigenul din ambele surse. Cerinta chimica de oxigen este raportata la Cernta Biochimica de Oxigen (CBO), un alt parametru care masoara cerinta de oxigen in apele uzate (poluate). CBO masoara numai cantitatea de oxigen consumata de catre microorganisme, in procesele de oxidare. CBO este mult mai relevant pentru apele bogate in materie organica. Este important de inteles ca CCO si CBO nu masoara acelas tip de oxigen care se consuma in procesele de oxidare din apa. De exemplu, CCO nu poate masura consumul de oxigen asociat cu degradarea compusilor organici (asa cum este acetatul, de pilda). Acetatul poate fi metabolizat doar de catre microorganisme, si prin urmare doar CBO ne poate da o imagine despre degradarea lui. Spre deosebire de acetat, celuloza nu poate fi degradata de microorganisme decat in timp indelungat. In aceste conditii, pentru masurarea in timp scurt a necesarului de oxigen pentru degradarea celulozei se foloseste metoda CCO.
52