Mikro-organismit ovat hyvin pieniä elämänmuotoja, jotka voivat joskus elää yksittäisinä soluina, vaikka monet muodostavat myös solukolonioita. Näiden organismien yksittäisten solujen näkemiseen tarvitaan yleensä mikroskooppia. Pintamaassa, jossa ravinnonlähteitä on runsaasti, on paljon enemmän mikro-organismeja kuin pohjamaassa. Niitä on erityisen runsaasti kasvien juurien välittömässä läheisyydessä (ritsosfäärissä), jossa irtoavat solut ja juurien vapauttamat kemikaalit tarjoavat valmiita ravinnonlähteitä. Nämä organismit ovat orgaanisen aineksen ensisijaisia hajottajia, mutta ne tekevät muitakin asioita, kuten tuottavat typpeä sitomalla sitä kasvavien kasvien avuksi, myrkyttävät haitallisia kemikaaleja (toksiineja), tukahduttavat tautia aiheuttavia organismeja ja tuottavat tuotteita, jotka voivat stimuloida kasvien kasvua. Maaperän mikro-organismeilla on ollut toinenkin suora merkitys ihmisille – ne ovat useimpien antibioottilääkkeiden lähde, joita käytämme tautien torjuntaan.
Bakteerit
Bakteerit elävät lähes missä tahansa elinympäristössä. Niitä on eläinten ruoansulatuskanavan sisällä, meressä ja makeassa vedessä, kompostikasoissa (jopa yli 130 asteen lämpötiloissa) ja maaperässä. Vaikka jotkin bakteerilajit elävät tulvivassa maaperässä ilman happea, useimmat vaativat hyvin ilmastoitua maaperää. Yleisesti ottaen bakteerit viihtyvät paremmin neutraalin pH:n maaperässä kuin happamassa maaperässä.
Sen lisäksi, että bakteerit ovat ensimmäisten organismien joukossa, jotka alkavat hajottaa jäämiä maaperässä, ne hyödyttävät kasveja lisäämällä ravinteiden saatavuutta. Esimerkiksi monet bakteerit liuottavat fosforia, jolloin se on paremmin kasvien käytettävissä. Bakteereista on myös paljon apua kasvien tarvitseman typen saannissa, jota ne tarvitsevat suuria määriä, mutta josta on usein puutetta maatalousmaaperässä. Saatat ihmetellä, miten maaperässä voi olla puutetta typestä, kun se ympäröi meitä – 78 prosenttia hengitysilmastamme koostuu typpikaasusta. Kuitenkin sekä kasvit että eläimet ovat samanlaisessa pulassa kuin muinainen merenkulkija, joka ajelehti merellä ilman makeaa vettä: ”Vettä, vettä, kaikkialla ei ole vettä eikä tippaakaan juotavaa.” Valitettavasti eläimet ja kasvit eivät voi käyttää typpikaasua (N2) ravinnokseen. Jotkin bakteerityypit pystyvät kuitenkin ottamaan ilmakehästä typpikaasua ja muuttamaan sen muotoon, jota kasvit voivat käyttää aminohappojen ja proteiinien valmistukseen. Tätä muuntoprosessia kutsutaan typen sitomiseksi.
Jotkut typpeä sitovat bakteerit muodostavat molempia osapuolia hyödyttäviä yhteyksiä kasvien kanssa. Yksi tällainen maatalouden kannalta erittäin tärkeä symbioottinen suhde koskee typpeä sitovia rhizobia-bakteeriryhmiä, jotka elävät palkokasvien juuriin muodostuvien kyhmyjen sisällä. Nämä bakteerit tuottavat typpeä muodossa, jota palkokasvit voivat käyttää, kun taas palkokasvi antaa bakteereille sokereita energiaa varten.
Ihmiset syövät joitakin palkokasveja tai niistä saatavia tuotteita, kuten herneitä, kuivattuja papuja ja soijapavuista valmistettua tofua. Soijapapuja, sinimailasta ja apilaa käytetään eläinten rehuksi. Apiloita ja karvaista virnaa viljellään peittokasveina, jotta maaperä rikastuisi orgaanisella aineksella ja typellä seuraavaa viljelykasvia varten. Sinimailaspellolla bakteerit voivat sitoa satoja kiloja typpeä hehtaaria kohti vuodessa. Herneillä typen määrä on paljon pienempi, noin 30-50 puntaa hehtaarilla.
Aktinomykeetit, toinen bakteeriryhmä, hajottavat suuret ligniinimolekyylit pienempiin osiin. Ligniini on suuri ja monimutkainen molekyyli, jota esiintyy kasvien kudoksissa, erityisesti varsissa, ja jota useimpien organismien on vaikea hajottaa. Ligniini myös usein suojaa muita molekyylejä, kuten selluloosaa, hajoamiselta. Aktinomykeeteillä on joitakin samankaltaisia ominaisuuksia kuin sienillä, mutta joskus ne ryhmitellään omiksi ryhmikseen ja niille annetaan yhtäläinen laskutus bakteerien ja sienten kanssa.
BAKTEERIEN JA SIENIENIEN SUHTEELLISET MÄÄRÄT
Kaikki maaperät sisältävät sekä bakteereja että sieniä, mutta niiden suhteelliset määrät voivat vaihdella maaperäolosuhteista riippuen. Yleiset tavat, joilla maaperää hoidetaan – häiriöiden määrä, sallittu happamuusaste ja lisätyt jäämätyypit – määräävät näiden kahden tärkeimmän maaperäorganismiryhmän suhteellisen runsauden. Maaperässä, jota häiritään säännöllisesti intensiivisellä maanmuokkauksella, on yleensä enemmän bakteereja kuin sieniä. Näin on myös tulvittujen riisimaiden kohdalla, koska sienet eivät voi elää ilman happea, kun taas monet bakteerilajit voivat. Maaperässä, jota ei muokata, on yleensä enemmän tuoretta orgaanista ainesta pinnalla ja enemmän sieniä kuin bakteereja. Koska sienet ovat vähemmän herkkiä happamuudelle, sieniä voi esiintyä enemmän kuin bakteereja hyvin happamissa maaperissä. Monista väitteistä huolimatta bakteerien ja sienten hallitsemien maaperän mikrobiyhteisöjen merkityksestä maataloudessa tiedetään vain vähän, lukuun ottamatta sitä, että bakteeripainotteiset maaperät ovat tyypillisempiä intensiivisemmin muokatuille maaperille, joilla on yleensä myös korkea ravinteiden saatavuus ja kohonnut ravinnepitoisuus nopeamman orgaanisen aineksen hajoamisen seurauksena.
Sienet
Sienet ovat toinen maaperän mikro-organismien tyyppi. Hiiva on sieni, jota käytetään leivonnassa ja alkoholin valmistuksessa. Muut sienet tuottavat useita antibiootteja. Me kaikki olemme luultavasti antaneet leivän olla liian kauan ja huomanneet, että sen päällä kasvaa sieniä. Olemme nähneet tai syöneet sieniä, joidenkin sienten hedelmärakenteita. Maanviljelijät tietävät, että sienet aiheuttavat monia kasvitauteja, kuten härmäsientä, kosteusvaurioita, erilaisia juurimätää ja omenarupea. Sienet käynnistävät myös tuoreiden orgaanisten jätteiden hajoamisen. Ne auttavat liikkeelle pehmentämällä orgaanisia jätteitä ja helpottamalla muiden organismien osallistumista hajoamisprosessiin. Sienet ovat myös tärkeimpiä ligniinin hajottajia, ja ne ovat vähemmän herkkiä happamille maaperäolosuhteille kuin bakteerit. Yksikään niistä ei pysty toimimaan ilman happea. Vähäisistä maanmuokkausjärjestelmistä johtuva vähäinen maaperän häiriintyminen edistää yleensä orgaanisen jäännöksen kertymistä pintaan ja sen lähelle. Tällä on taipumus edistää sienikasvustoa, kuten tapahtuu monissa luonnollisissa häiriintymättömissä ekosysteemeissä.
Monille kasveille kehittyy suotuisa suhde sieniin, mikä lisää juurten kosketusta maaperään. Sienet infektoivat juuret ja lähettävät juuren kaltaisia rakenteita, joita kutsutaan hyfeiksi (ks. kuva 4.2). Näiden mykorritsasienien hyfat ottavat vastaan vettä ja ravinteita, jotka voivat sitten ruokkia kasvia. Hyfat ovat hyvin ohuita, noin 1/60 kasvin juuren halkaisijasta, ja ne pystyvät hyödyntämään vettä ja ravinteita maaperän pienissä tiloissa, joihin juuret eivät ehkä pääse käsiksi. Tämä on erityisen tärkeää kasvien fosforiravinteen kannalta niukasti fosforia sisältävissä maaperissä. Sienirihmastot auttavat kasvia imemään vettä ja ravinteita, ja vastineeksi sienet saavat energiaa sokereiden muodossa, joita kasvi tuottaa lehdissään ja lähettää alas juuriin. Tätä symbioottista riippuvuussuhdetta sienten ja juurten välillä kutsutaan mykorritsasuhteeksi. Kaiken kaikkiaan kyseessä on melko hyvä sopimus sekä kasvin että sienen kannalta. Näiden sienten hyfat auttavat kehittämään ja vakauttamaan suurempia maaperäaggregaatteja erittämällä tahmeaa geeliä, joka liimaa mineraali- ja orgaanisia hiukkasia yhteen.
MYKORRHIZASIENET
Mycorrhizasienet auttavat kasveja ottamaan vettä ja ravinteita, parantavat palkokasvien typen sidontaa ja auttavat muodostamaan ja vakauttamaan maaperäaggregaatteja. Viljelykierto valitsee useampia ja suorituskykyisempiä sienityyppejä kuin yksipuolinen viljely. Joidenkin tutkimusten mukaan peittokasvien, erityisesti palkokasvien, käyttö pääviljelykasvien välissä auttaa ylläpitämään korkeaa itiöiden määrää ja edistää mykorritsan hyvää kehitystä seuraavassa viljelykasvissa. Juuret, joissa on paljon mykorritsoja, kestävät paremmin sienitauteja, loisluteja, kuivuutta, suolapitoisuutta ja alumiinimyrkyllisyyttä. Mykorritsayhteyksien on osoitettu stimuloivan vapaasti eläviä typpeä sitovia atsotobakteereita, jotka puolestaan tuottavat myös kasvien kasvua stimuloivia kemikaaleja.
levät
Viljelykasvien tavoin levät muuttavat auringonvalon monimutkaisiksi molekyyleiksi, kuten sokereiksi, joita ne voivat käyttää energiaksi ja muiden tarvitsemiensa molekyylien rakentamiseen. Leviä esiintyy runsaasti soiden ja riisipeltojen tulvamailla, ja niitä löytyy huonosti ojitetun maaperän pinnalta ja kosteista painanteista. Leviä voi esiintyä myös suhteellisen kuivassa maaperässä, ja ne muodostavat toisiaan hyödyttäviä suhteita muiden eliöiden kanssa. Kallioilla esiintyvät jäkälät ovat sienen ja levän välinen liitto.
Protozoa
Protozoat ovat yksisoluisia eläimiä, jotka liikkuvat maaperässä monin eri tavoin. Bakteerien ja monien sienten tavoin ne voidaan nähdä vain mikroskoopin avulla. Ne ovat pääasiassa orgaanisten aineiden toissijaisia kuluttajia, jotka käyttävät ravinnokseen bakteereja, sieniä, muita alkueläimiä ja maaperän veteen liuenneita orgaanisia molekyylejä. Alkueläinten – jotka laiduntavat typpirikkaita organismeja ja erittävät jätteitä – uskotaan olevan vastuussa siitä, että suuri osa maatalousmaan typestä mineralisoituu (ravinteita vapautuu orgaanisista molekyyleistä).