В настоящем обзоре приведены результаты многолетних исследований сотрудников кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ, связанные с изучением одной из главных функций почвенных микроорганизмов – осуществление и поддержание круговорота веществ и энергии в биосфере. Приведены данные по численности и запасам микробной биомассы в разных типах почв, проанализированы результаты системного подхода к изучению структурно-функциональной организации микробных сообществ почв, показана роль эукариотных и прокариотных микроорганизмов в циклах углерода и азота. Для осуществления круговорота химических элементов в наземных экосистемах требуются высокая численность и разнообразие форм микроорганизмов, но при этом встает вопрос о сохранении микробов в почвах в жизнеспособном состоянии. Приведены новые данные об одном из способов переживания бактерий в почвах в виде наноформ; рассмотрены такие природные банки микроорганизмов, как торфяники и палеопочвы, в которых микробы могут сохраняться в течение десятков тысяч лет.

Методом микрокосмов экспериментально доказано, что в результате механического измельчения сфагнума происходят увеличение численности бактерий и резкие изменения в таксономической структуре сапротрофного бактериального блока. Эти изменения заключаются в замещении доминирующих в нативном мхе эккрисотрофных агробактерий бактериями гидролитического блока. Использование молекулярно-биологических методов для идентификации доминирующих в сфагнуме таксонов позволило выявить таких специфических бактерий-гидролитиков как Janthinobacterium agaricum и Streptomyces purpurascens. Кинетический метод определения физиологического состояния бактерий in situ показал большее функциональное разнообразие бактерий-гидролитиков в сообществе измельчeнного мха по сравнению с нативным. Значительное уменьшение показателя C/N в измельчeнных образцах живого сфагнума, инкубируемых методом микрокосмов, свидетельствует о процессах деструкции этого субстрата.

В обзоре представлен анализ многочисленных литературных данных и результатов собственных исследований авторов, касающихся выяснения причин, тормозящих деструкцию верхового торфа. Рассматриваются каждый из экологических факторов, который ограничивает разложение торфа применительно к разным группам микроорганизмов. Установлено, что кислая реакция среды, низкие температуры и недостаток питательных элементов не являются главными факторами, тормозящими деструкцию торфа. Ограниченное содержание кислорода в толще торфяников ведет к резкому уменьшению количества мицелиальных микроорганизмов и сокращению активности гидролитических и окислительных ферментов. Главным фактором, сдерживающим деструкцию сфагнума, является его механико-химическая устойчивость, заключающаяся как в отсутствии почвенных животных, измельчающих сфагнум, так и в особом составе полисахаридов сфагнума, который с трудом поддается разрушению даже грибами. Токсичность фенольных соединений, проявляемая в анаэробных условиях торфяной толщи, ингибирует деятельность всех гидролитических ферментов и является основной причиной как медленной деструкции сфагнового торфа, так и длительного сохранения остатков тел и пищи, обнаруженных в верховых торфяниках.