lierojen rooli maaperän hedelmällisyyden ylläpitämisessä biogeenisiä rakenteita tuottamalla

Abstrakti

maaperän eliöstö hyödyttää maaperän tuottavuutta ja edistää kaikkien ekosysteemien kestävää toimintaa. Ravinteiden kierto on kriittinen toiminto, joka on välttämätön elämälle maapallolla. Lierot (EWs) ovat merkittävä osa maaperän eläimistöyhteisöjä useimmissa ekosysteemeissä ja muodostavat suuren osan makrofaunan biomassasta. Niiden toiminta on hyödyllistä, koska se voi edistää maaperän ravinteiden kierrätystä lisäämällä nopeasti detritusta kivennäismaihin. Tämän sekoitusvaikutuksen lisäksi veden erittymiseen liittyvä limantuotanto kastematojen suolissa lisää myös muiden hyödyllisten maaperän mikro-organismien aktiivisuutta. Tätä seuraa orgaanisen aineksen tuotanto. Lyhyellä aikavälillä merkittävämpi vaikutus on siis suurten ravintoaineiden (N, P, K ja Ca) pitoisuus, jotka kasvit helposti sulautuvat tuoreisiin valulaskeumiin. Lisäksi lierot näyttävät kiihdyttävän mineralisoitumista sekä maaperän orgaanisen aineksen vaihtumista. Lierojen tiedetään myös lisäävän typen mineralisaatiota, sillä ne vaikuttavat suoraan ja välillisesti mikrobiyhteisöön. Orgaanisen C: n ja N: n lisääntynyt siirtyminen maaperän aggregaatteihin osoittaa, että lierot voivat helpottaa maaperän orgaanisen aineksen vakiintumista ja kertymistä maatalousjärjestelmiin, ja että niiden vaikutus riippuu suuresti maanhoitokäytäntöjen eroista. Tässä asiakirjassa on yhteenveto kuvatuista aiheista julkaistuista tiedoista.

1. Johdanto

maaperän elinympäristön suojelu on ensimmäinen askel kohti sen biologisten ominaisuuksien kestävää hallintaa, joka määrittää pitkän aikavälin laadun ja tuottavuuden. Yleisesti hyväksytään, että maaperän eliöstö hyödyttää maaperän tuottavuutta, mutta maaperässä elävistä eliöistä ja maaperän ekosysteemin toiminnasta tiedetään hyvin vähän. Lierojen rooli maaperän hedelmällisyydessä on tunnettu vuodesta 1881, jolloin Darwin (1809-1882) julkaisi viimeisen tieteellisen kirjansa ”the formation of vegetable mould through the action of worms with observations on their habits.”Sen jälkeen on tehty useita tutkimuksia, joissa korostetaan maaperän eliöiden osuutta kaikkien ekosysteemien kestävään toimintaan . Maaperän makrofaunat, kuten EWs, muuttavat maa-ja karikeympäristöä välillisesti niiden biogeenisten rakenteiden (valokset, pelletit, galleriat jne.) (Taulukko 1). Ravinteiden kierto on kriittinen ekosysteemin toiminto, joka on välttämätön elämälle maapallolla. Viime vuosina tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet kasvavaa kiinnostusta sellaisten tuottavien viljelyjärjestelmien kehittämiseen, joiden sisäinen resurssien käyttö on tehokasta ja siten tuotantopanosten tarve ja kustannukset ovat alhaisemmat . Tällä hetkellä on yhä enemmän näyttöä siitä, että maaperän pohjaeläimillä on keskeinen rooli SOM: n muutoksissa ja ravinnedynamiikassa eri alue-ja ajallisissa mittakaavoissa häiritsemisen ja biogeenisten rakenteiden tuottamisen kautta maaperän hedelmällisyyden ja maan tuottavuuden parantamiseksi . EWs on merkittävä osa maaperän eläimistöyhteisöjä useimmissa kostean tropiikin luonnollisissa ekosysteemeissä ja muodostaa suuren osan makrofaunan biomassasta . Viljellyissä trooppisissa maissa, joissa orgaaninen aines liittyy usein hedelmällisyyteen ja tuottavuuteen, selkärangattomien yhteisöillä—erityisesti EWs: llä—voi olla tärkeä rooli (SOM) dynamiikassa mineralisaatio-ja humifikaatioprosessien säätelyn kautta .

1.1. Lierojen toiminnallinen merkitys

ennakkovaroitusjärjestelmän vaikutukset maaperän biologisiin prosesseihin ja hedelmällisyystasoon vaihtelevat ekologisesti . Anekkilajit rakentavat pysyviä koloja maaperän syviin mineraalikerroksiin; ne vetävät maan pinnalta eloperäistä ainesta koloihinsa ravinnoksi. Endogeeniset lajit elävät yksinomaan ja rakentavat laajoja pysyviä koloja maaperän ylempään mineraalikerrokseen, pääasiassa nieltyyn kivennäismaiden ainekseen, ja niitä kutsutaan ” ekologisiksi insinööreiksi ”tai” ekosysteemin insinööreiksi”.”Ne tuottavat fysikaalisia rakenteita, joiden kautta ne voivat muokata resurssin saatavuutta tai saatavuutta muille eliöille . Epigeiinilajit elävät maan pinnalla, eivät muodosta pysyviä koloja ja syövät pääasiassa kariketta ja humusta sekä hajoavaa orgaanista ainesta eivätkä sekoita orgaanista ja epäorgaanista ainesta. Suurimmassa osassa luontotyyppejä ja ekosysteemejä (Taulukko 2) kyse on yleensä näiden ekologisten kategorioiden yhdistelmästä, jotka yhdessä tai erikseen vastaavat maaperän hedelmällisyyden ylläpitämisestä .

1.2. Lierojen merkitys ravinteiden saatavuudessa maaperään

EWs vaikuttaa ravinteiden saantiin niiden kudosten kautta, mutta suurelta osin niiden kaivautumisen kautta; ne tuottavat maa-ainekseen ja/tai maan pinnalle aggregaatteja ja huokosia (eli biorakenteita) ja vaikuttavat siten niiden fysikaalisiin ominaisuuksiin, ravinteiden kiertoon ja kasvien kasvuun . Biogeeniset rakenteet muodostavat orgaanisten mineraalien aggregaatteja. Niiden Stabiilisuus ja orgaanisen aineksen pitoisuus vaikuttavat maaperän fysikaalisiin ominaisuuksiin ja SOM-dynamiikkaan. Lisäksi ne vaikuttavat joihinkin tärkeisiin maaperän ekologisiin prosesseihin niiden ”toiminnallisella alueella”, jossa ne keskittävät ravinteita ja resursseja, joita maaperän mikro-organismit edelleen hyödyntävät . EWs: n vaikutus orgaanisen aineen dynamiikkaan vaihtelee tarkastelluista aika-ja tilaskaaloista riippuen . Endogeenisten EWs: ien aktiivisuus kosteassa trooppisessa ympäristössä nopeuttaa SOM: n alkuliikevaihtoa, koska ne vaikuttavat välillisesti maaperään C mikrobien toimintaa määrittävinä tekijöinä. Orgaanisten hiukkasten valikoivan ravinnon ansiosta suoliston sisältö rikastuu usein orgaanisella aineksella, ravinteilla ja vedellä verrattuna irtomaahan ja voi edistää mikrobien korkeaa aktiivisuutta . Niiden on raportoitu parantavan mineralisaatiota ensin fragmentoimalla SOM: ää ja sitten sekoittamalla sitä yhdessä mineraalihiukkasten ja mikro-organismien kanssa ja siten luomalla uusia kosketuspintoja SOM: n ja mikro-organismien välille . Lyhyellä aikavälillä merkittävämpi vaikutus on suurten ravintoaineiden (N, P, K ja Ca) pitoisuus, jotka kasvit helposti sulautuvat tuoreisiin valulaskeumiin . Suurin osa näistä ravintoaineista on peräisin kastemadon virtsasta ja limasta . Kostean tropiikin hyvin huuhtoutuneessa maaperässä kastematojen toiminta on hyödyllistä, koska detritus imeytyy nopeasti maaperään . Tämän sekoitusvaikutuksen lisäksi tiedetään, että lierojen suolistossa veden erittymiseen liittyvä limantuotanto tehostaa mikro-organismien toimintaa . Tätä seuraa orgaanisen aineksen tuotanto. Tuoreissa valoksissa on siis runsaasti ravinteita (Taulukko 3). Valujen kemialliset ominaisuudet poikkeavat testaamattoman maaperän ominaisuuksista ja niissä on runsaasti kasvien käytettävissä olevia ravinteita. Valupinnoituksessa mikrobituotteet sitovat kastematojen limojen lisäksi maan hiukkasia ja edistävät erittäin stabiilien aggregaattien muodostumista . Vaikka EWs voi nopeuttaa orgaanisten jäämien ensimmäistä hajoamista, useat tutkimukset ovat osoittaneet, että ne voivat myös vakauttaa SOM: ää lisäämällä ja suojaamalla sitä valoksissaan . Pidemmän ajan kuluessa tämä tehostunut mikrobiaktiivisuus vähenee, kun valut kuivuvat, ja aggregaation raportoidaan suojaavan som: ää fyysisesti mineralisaatiolta. Näin C mineralisaationopeus laskee ja SOM: n mineralisaatio valoksista voi estyä useita kuukausia . Mikrobisto saattaa saada sen taas käyttöönsä, kun nämä hajoavat pieniksi sirpaleiksi . Lisäksi EWs näyttää kiihdyttävän mineralisoitumista sekä SOM: n liikevaihtoa . Lisäksi tutkimukset ovat myös osoittaneet, että valoksissa oleva orgaaninen aines, kun se on stabiloitu, voi ylläpitää tätä vakiintumista useita vuosia . Kemialliset mekanismit voivat kuitenkin myös edistää stabilointia, koska todisteet osoittavat, että valut pysyvät koossa kivennäismaalahiukkasten ja bakteerien polysakkarideilla ja sienihyphaella rikastetun SOM: n voimakkailla vuorovaikutuksilla . Kastemadot rikastetaan orgaanisella C: llä ja N: llä, mikä ylittää nielemättömän maa-aineksen C-ja N-pitoisuudet kertoimella 1,5 ja 1,3 (Taulukko 4). Tämä rikastus esiintyy kaikissa hiukkaskokoisissa jakeissa, eikä se rajoitu vain tiettyihin viljellyn maaperän orgaanisiin yhdisteisiin . Nämä tulokset osoittavat selvästi, että ennakkovaroitusjärjestelmä osallistuu suoraan maaperän C suojaamiseen mikroaggregaateissa suurissa makroaggregaateissa, mikä johtaa maaperän C vakautumiseen pitkällä aikavälillä (Taulukko 5). On myös raportoitu, että ennakkovaroitusjärjestelmä lisää peitekasveista johdetun C: n sisällyttämistä makroaggregaatteihin, ja mikä vielä tärkeämpää, makroaggregaatteihin muodostuviin mikroaggregaatteihin. Orgaanisen C: n ja N: n lisääntynyt siirtyminen maaperän aggregaatteihin osoittaa, että Ennakkovaroitusjärjestelmillä on mahdollisuus helpottaa SOM: n vakauttamista ja kertymistä maatalousjärjestelmiin .

EWs: n tiedetään myös lisäävän typen mineralisaatiota, koska se vaikuttaa suoraan ja epäsuorasti mikrobiyhteisöön (Taulukko 6). Tutkimuksemme EWs: n roolista typen kierrättämisessä Koillis-Intian siirtyvän maatalouden viljelyvaiheessa osoittivat (Taulukko 7), että EWs: n toiminnan kautta kasveille tarjottu maaperän kokonaistyppimäärä oli suurempi kuin typen kokonaispanos maaperään lisäämällä raivattua kasvillisuutta, epäorgaanista ja orgaanista lantaa, kierrätettyjä viljelykasvijäämiä ja rikkaruohoja . EWs: n tärkeä rooli on maaperän pH: n dramaattinen nousu, joka on havaittu tutkimuksissamme siirtyvässä agroecosystem-järjestelmässä Koillis-Intiassa, istumassa olevassa terassimaisessa agroecosystem-järjestelmässä Keski-Himalajalla ja intensiivisessä agroecosystem-järjestelmässä Indo-Gangeettisilla tasangoilla. Tämä lisää mikrobien aktiivisuutta ja typen kiinnittymistä maaperään, joten madon heittämän typen syynä voi olla ainakin osittain tämä eikä niinkään voitto-matojen aiheuttama pitoisuus. Mikrobiston aiheuttama typen mineralisaatio on myös melko voimakasta kastemadon suolistossa ja jatkuu useita tunteja tuoreissa valoksissa vastaavasti orgaanisen aineksen imeytyessä maaperään ja tai bakteerikuntaa laiduntamalla. EWs: n on todettu joko lisäävän tai vähentävän bakteerien biomassaa ja stimuloivan bakteerien toimintaa . EWs: n vaikutus typen kiertoon näyttää kuitenkin määräytyvän pitkälti myös viljelyjärjestelmän tyypin ja käytetyn lannoitteen (mineraali vs. orgaaninen) perusteella. Useat kokeelliset tutkimukset viittaavat siihen, että EWs: llä on mahdollisesti kielteisiä vaikutuksia lannoite-N: n retentiotutkimuksiin . Kastematolajit ja järjestelmässä esiintyvät lajien vuorovaikutukset vaikuttavat myös typen mineralisaatioon ja kasvinviljelyyn . Tämä voi johtaa lisääntyneeseen typen immobilisaatioon tai mineralisaatioon riippuen lajin ominaisuuksista ja substraatin laadusta. Katsauksessa korostetaankin, että Ennakkovaroitusjärjestelmillä on merkittäviä vaikutuksia maatalouden C-ja N-sykliprosesseihin ja että niiden vaikutus riippuu suuresti hallintakäytäntöjen eroista . Lisäksi ennakkovaroitusjärjestelmä voi myös lisätä ravinteiden saatavuutta järjestelmissä, joissa ihmisen vaikutus on vähäisempi ja ravinnetaso alhainen eli joissa ei ole maanmuokkausta, mineraalilannoitteiden käyttöä on vähennetty ja orgaanisen aineksen pitoisuus Alhainen . EWs: n rooli maaperän hedelmällisyyden parantamisessa on ikivanha tieto, joka selittyy nykyisin paremmin eri tutkimuksista saaduilla tieteellisillä tuloksilla. Tämä on tärkeä tutkimusala, jossa tutkimus liittyy suoraan sosiaalihuoltoon . Jokainen vaihe edellyttää asianmukaisia protokollia ja toistettavia tuloksia. Tämä on palautemekanismi, jossa alalla omaksuttua teknologiaa kehitetään edelleen laboratorioissa teknologian omaksujilta saadun palautteen perusteella, jotta teknologian omaksujille saadaan vakuuttavampaa tietoa.

2. Tulevat tutkimustarpeet

useimmat tutkimukset kastematojen valun merkityksen arvioimiseksi ravinteiden kierrätyksessä ja maaperän rakenteessa liittyvät pintavalulajeihin, ja vain harvat ovat käsitelleet pelto-olosuhteissa kerrostuneita valuja . Jotta saataisiin parempi käsitys maaperässä olevien valujen ekologisista vaikutuksista, kastemadon kolojen ravinnedynamiikan ja maaperässä olevien valujen kasvien kasvuun kohdistuvien vaikutusten arvioinnista olisi valtavasti apua. Maan alla elävien kastematojen ekologinen vaikutus on todennäköisesti yhtä merkittävä kuin niiden pintavalujen ravinteiden saatavuuden kannalta, erityisesti huonontuneiden ja häiriintyneiden ekosysteemien biologisen hoidon kannalta. Siksi tällä alalla tarvitaan lisää tutkimusta, jotta voimme täydentää tietämystämme ennakkovaroitusjärjestelmän roolista ravinnedynamiikassa, jotta voimme kehittää strategioita maaperän hoidon parantamiseksi.

3. Päätelmät

kun otetaan huomioon ennakkovaroitusjärjestelmän mahdollinen vaikutus maaperän hedelmällisyyden hallintaan, on tarpeen ottaa ne huomioon maatalouden osajärjestelmien hallintapäätöksissä. Ennakkovaroitusjärjestelmä voi vaikuttaa erityisesti maaperän hedelmällisyyteen, jolla voi olla suuri merkitys kestävän maankäytön lisäämisessä luonnollisesti huonontuneissa ekosysteemeissä sekä maatalousjärjestelmissä. Asianmukainen kastematojen hallinta voi ylläpitää satoa, kun taas lannoitteiden tuloa voidaan vähentää. Koska viljelyyn voi liittyä monia maaperän häiritseviä toimintoja, ennakkovaroitusjärjestelmän biologian ja ekologian ymmärtäminen auttaa laatimaan hoitostrategioita, jotka voivat vaikuttaa maaperän eliöstöön ja viljelykasvien suorituskykyyn.

lyhenteet

kiitokset

kirjoittajat kiittävät neiti Rajania laboratorio-avusta ja Herra Navinia logistisesta tuesta.