a földigiliszták szerepe a talaj termékenységének fenntartásában a biogén struktúrák előállításán keresztül

absztrakt

a talajbióta elősegíti a talaj termelékenységét és hozzájárul az összes ökoszisztéma fenntartható működéséhez. A tápanyagok körforgása kritikus funkció, amely elengedhetetlen a földi élethez. A földigiliszták (EWs) a legtöbb ökoszisztémában a talajfauna-közösségek fő alkotóelemei, és a makrofauna biomasszájának nagy részét alkotják. Tevékenységük azért előnyös, mert fokozhatja a talaj tápanyag-körforgását a detritus ásványi talajba történő gyors beépítése révén. Ezen keverési hatás mellett a földigilisztabélben a vízkiválasztással járó nyálkatermelés fokozza más hasznos talaj mikroorganizmusok aktivitását is. Ezt követi a szerves anyagok előállítása. Tehát rövid távon jelentősebb hatás a nagy mennyiségű tápanyag (N, P, K és Ca) koncentrációja, amelyeket a növények könnyen asszimilálhatnak a friss öntött lerakódásokban. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a földigiliszták felgyorsítják a talaj szerves anyagainak mineralizációját, valamint forgalmát. A földigilisztákról ismert, hogy a mikrobaközösségre gyakorolt közvetlen és közvetett hatások révén fokozzák a nitrogén mineralizációját. A szerves C és N fokozott átvitele a talaj aggregátumaiba azt jelzi, hogy a földigiliszták elősegíthetik a talaj szervesanyag-stabilizálódását és felhalmozódását a mezőgazdasági rendszerekben, és hogy hatásuk nagymértékben függ a földgazdálkodási gyakorlatok különbségeitől. Ez a cikk összefoglalja a leírt témákról közzétett adatokkal kapcsolatos információkat.

1. Bevezetés

a talaj élőhelyének védelme az első lépés a hosszú távú minőséget és termelékenységet meghatározó biológiai tulajdonságainak fenntartható kezelése felé. Általánosan elfogadott tény, hogy a talajbióta előnyös a talaj termelékenysége szempontjából, de nagyon keveset tudunk a talajban élő organizmusokról és a talaj ökoszisztémájának működéséről. A földigiliszták (EWs) szerepe a talaj termékenységében 1881 óta ismert, amikor Darwin (1809-1882) kiadta utolsó tudományos könyvét “a növényi penész kialakulása férgek hatására, szokásaik megfigyelésével.”Azóta számos tanulmány készült annak kiemelésére, hogy a talaj organizmusai hozzájárulnak az összes ökoszisztéma fenntartható működéséhez . A talaj makrofauna, mint például az EWs, közvetett módon módosítja a talajt és az alom környezetét a biogén struktúrák felhalmozódásával (öntvények, pelletek, galériák stb.) (1. táblázat). A tápanyagok körforgása kritikus ökoszisztéma-funkció, amely elengedhetetlen a földi élethez. Az elmúlt évek tanulmányai azt mutatták, hogy egyre nagyobb az érdeklődés a termelékeny gazdálkodási rendszerek fejlesztése iránt, amelyek nagy hatékonyságú belső erőforrás-felhasználást eredményeznek, és ezáltal alacsonyabb ráfordítási igényt és költségeket eredményeznek . Jelenleg egyre több bizonyíték van arra, hogy a talaj makro-Gerinctelenek kulcsszerepet játszanak a SOM átalakulásában és a tápanyag dinamikájában különböző térbeli és időbeli léptékben a perturbáció és a biogén struktúrák előállítása révén a talaj termékenységének és a talaj termelékenységének javítása érdekében . Az EWs a nedves trópusok legtöbb természetes ökoszisztémájában a talajfauna-közösségek fő alkotóeleme, és a makrofauna biomassza nagy részét tartalmazza . A megművelt trópusi talajokban, ahol a szerves anyag gyakran kapcsolódik a termékenységhez és a termelékenységhez, a gerinctelen közösségek—különösen az EWs—fontos szerepet játszhatnak a (Som) dinamikában a mineralizációs és humifikációs folyamatok szabályozásával .

1.1. A földigiliszták funkcionális jelentősége

az EWs hatása a talaj biológiai folyamataira és a termékenységi szintre ökológiai kategóriákban eltérő . Az Anecic Fajok állandó barázdákat építenek a talaj mély ásványi rétegeibe; szerves anyagokat húznak a talaj felszínéről a barázdáikba élelmezés céljából. Az endogén Fajok kizárólag a talaj felső ásványi rétegében élnek és kiterjedt, nem állandó üregeket építenek, főként ásványi talajanyagot fogyasztanak, és “ökológiai mérnököknek” vagy “ökoszisztéma mérnököknek” nevezik őket.”Olyan fizikai struktúrákat hoznak létre, amelyeken keresztül módosíthatják az erőforrás elérhetőségét vagy hozzáférhetőségét más szervezetek számára . Az epigeikus fajok a talaj felszínén élnek, nem alkotnak állandó üregeket, és főleg alomot és humuszt fogyasztanak, valamint bomló szerves anyagokat, és nem keverik össze a szerves és szervetlen anyagokat . Az élőhelyek és ökoszisztémák többségében (2 .táblázat) általában ezeknek az ökológiai kategóriáknak a kombinációja, amelyek együttesen vagy külön-külön felelősek a talaj termékenységének fenntartásáért.

1.2. A földigiliszták szerepe a tápanyagokhoz való hozzáférésben

az EWs befolyásolja a tápanyagellátást szöveteiken keresztül, de nagyrészt üregi tevékenységeik révén; aggregátumokat és pórusokat (azaz biostruktúrákat) hoznak létre a talajban és/vagy a talaj felszínén, ezáltal befolyásolva annak fizikai tulajdonságait, tápanyagciklusát és a növények növekedését . A biogén struktúrák szerves-ásványi aggregátumok együtteseit alkotják. Stabilitásuk és a szerves anyagok koncentrációja hatással van a talaj fizikai tulajdonságaira és a SOM dinamikájára. Emellett hatással vannak néhány fontos talaj-ökológiai folyamatra a “funkcionális területükön” belül, ahol koncentrálják a tápanyagokat és erőforrásokat, amelyeket a talaj mikroorganizmus közösségei tovább hasznosítanak . Az EWs hatása a szerves anyagok dinamikájára a figyelembe vett idő-és térskálától függően változik . Az endogén EWs aktivitása a nedves trópusi környezetben felgyorsítja a kezdeti SOM-forgalmat a talajra gyakorolt közvetett hatások révén C mint a mikrobiális aktivitás meghatározói. A szerves részecskék szelektív takarmányozása miatt a béltartalom gyakran szerves anyagokban, tápanyagokban és vízben gazdagodik az ömlesztett talajhoz képest, és elősegítheti a magas szintű mikrobiális aktivitást . Arról számoltak be, hogy fokozzák a mineralizációt azáltal, hogy először széttöredezik a SOM-ot, majd összekeverik ásványi részecskékkel és mikroorganizmusokkal, és ezáltal új érintkezési felületeket hoznak létre A Som és a mikroorganizmusok között . Rövid távon jelentősebb hatás a nagy mennyiségű tápanyag (N, P, K és Ca) koncentrációja, amelyeket a növények könnyen asszimilálhatnak friss öntött lerakódásokban . Ezeknek a tápanyagoknak a többsége a földigiliszták vizeletéből és nyálkájából származik . A nedves trópusok erősen kimosódott talajaiban a földigiliszták aktivitása előnyös, mivel a detritus gyorsan beépül a talajba . Ezen keverési hatás mellett ismert, hogy a földigiliszták bélében a víz kiválasztódásával járó nyálkatermelés fokozza a mikroorganizmusok aktivitását . Ezt követi a szerves anyagok előállítása. Tehát a friss öntvények magas tápanyagtartalmat mutatnak (3.táblázat). A vetések kémiai jellemzői különböznek a nem áztatott talajokétól,és gazdag növényi tápanyagokban. Az öntvény lerakódásakor a mikrobiális termékek a földigiliszták nyálkáján kívül megkötik a talajrészecskéket, és hozzájárulnak a rendkívül stabil aggregátumok képződéséhez . Bár az EWs felgyorsíthatja a szerves maradványok kezdeti lebontását, számos tanulmány kimutatta, hogy stabilizálhatják a SOM-ot is, mivel beépülnek és védelmet nyújtanak a gipszekbe . Hosszabb ideig ez a fokozott mikrobiális aktivitás csökken, Amikor az öntvények kiszáradnak, majd az aggregációról azt jelentik, hogy fizikailag megvédi a SOM-ot az mineralizációtól. Így a C mineralizációs sebesség csökken, és a Som mineralizációja az öntvényekből több hónapig blokkolható . Újra hozzáférhetővé válhat a mikroflóra számára, ha ezek apró darabokra bomlanak . Ezenkívül úgy tűnik, hogy az EWs felgyorsítja a mineralizációt, valamint a Som forgalmát . Ezenkívül a tanulmányok azt is jelezték, hogy a gipszekben lévő szerves anyagok stabilizálódása után sok éven át fenntarthatják ezt a stabilizációt . Mindazonáltal a kémiai mechanizmusok is hozzájárulhatnak a stabilizációhoz, mivel a bizonyítékok azt mutatják, hogy a gipszeket az ásványi talajrészecskék és a bakteriális poliszacharidokban és gombás hifákban gazdag SOM közötti erős kölcsönhatások tartják össze . A földigilisztaöntvények szerves C-és N-tartalommal vannak dúsítva, 1,5-szer, illetve 1,3-szor meghaladva a Be nem fogyasztott talaj C-és N-tartalmát (4.táblázat). Ez a dúsítás minden részecskeméretű frakcióban megjelenik, nem korlátozva a megművelt talaj bizonyos szerves vegyületdinamikájára . Ezek az eredmények egyértelműen jelzik, hogy a korai előrejelző rendszer közvetlenül részt vesz a C talaj védelmének biztosításában a nagy makroaggregátumokon belüli mikroaggregátumokban, ami a C talaj lehetséges hosszú távú stabilizálódásához vezet (5.táblázat). Arról is beszámoltak, hogy a korai előrejelző rendszer növeli a fedettnövényekből származó C beépülését a makroaggregátumokba, és ami még fontosabb, a makroaggregátumokon belül képződött mikroaggregátumokba. A szerves C és N fokozott átvitele a talaj aggregátumaiba azt jelzi, hogy a korai előrejelző rendszer megkönnyíti a SOM stabilizálását és felhalmozódását a mezőgazdasági rendszerekben .

az EW-kről ismert, hogy a mikrobaközösségre gyakorolt közvetlen és közvetett hatások révén fokozzák a nitrogén mineralizációját (6.táblázat). Az EWs nitrogénciklusban betöltött szerepéről szóló tanulmányaink az északkelet-indiai változó mezőgazdaság növénytermesztési szakaszában azt mutatták (7. táblázat), hogy az EWs tevékenysége révén a növények számára rendelkezésre bocsátott összes talajnitrogén magasabb volt, mint a levágott növényzet, szervetlen és szerves trágya, újrahasznosított növényi maradványok és gyomok hozzáadásával a talajba juttatott Összes nitrogén . Az EWs fontos szerepe a talaj pH-jának drámai növekedése, amelyet tanulmányaink során megfigyeltünk az északkelet-indiai agroökoszisztéma váltásában, egy ülő teraszos agroökoszisztémában a Himalája középső részén, valamint az Indo-Gangetikus síkság intenzív agroökoszisztémájában. Ez növeli a mikrobiális aktivitást és az n rögzítést a talajban, így a féregöntvényben lévő nitrogén legalább részben ennek köszönhető, nem pedig a nyereségférgek általi koncentrációnak. A mikroflóra nitrogén mineralizációja szintén meglehetősen intenzív a földigiliszták bélében , és több órán át folytatódik friss öntvényekben, szerves anyagok talajba történő beépítésével vagy a baktériumközösség legeltetésével. Megállapították , hogy az EW-k növelik vagy csökkentik a baktériumok biomasszáját, valamint serkentik a baktériumok aktivitását . Úgy tűnik azonban, hogy a korai előrejelzésnek az N-ciklusra gyakorolt hatását nagymértékben meghatározza a növénytermesztési rendszer típusa és az alkalmazott műtrágya (ásványi versus szerves). Különböző kísérleti tanulmányok azt sugallják, hogy az EWs potenciálisan negatív következményekkel jár a műtrágya-n retenciós vizsgálatokra . A rendszerben jelen lévő földigilisztafajok és Fajok közötti kölcsönhatások szintén hatással vannak a nitrogén mineralizációjára és a növénytermesztésre . Ez fokozott nitrogén immobilizációt vagy mineralizációt eredményezhet a fajok jellemzőitől és a szubsztrát minőségétől függően. A felülvizsgálat tehát rávilágít a korai előrejelzéseknek az agroökoszisztémákban a C és N ciklikus folyamatokra gyakorolt fontos hatásaira, valamint arra, hogy ezek hatása nagymértékben függ az irányítási gyakorlatok különbségeitől . Továbbá az EWs növelheti a tápanyagok rendelkezésre állását olyan rendszerekben is, ahol csökkent az emberi befolyás és alacsony a tápanyagállapot, azaz nincs talajművelés, csökkent az ásványi trágya felhasználása és alacsony a szervesanyag-tartalom . Az EWs szerepe a talaj termékenységének javításában ősi tudás, amelyet ma már jobban magyaráznak a különböző tanulmányokból származó tudományos eredmények. Ez egy fontos tanulmányi terület, ahol a kutatás közvetlenül kapcsolódik a szociális jólét . Minden érintett lépés megfelelő protokollokat és reprodukálható eredményeket igényel. Ez egy visszacsatolási mechanizmus, ahol a területeken alkalmazott technológiát tovább fejlesztik a laboratóriumokban a technológia alkalmazóitól kapott visszajelzések alapján, hogy meggyőzőbb információkat nyújtsanak a technológia alkalmazóinak.

2. Jövőbeli kutatási igények

a földigilisztaöntés tápanyagciklusban és talajszerkezetben betöltött szerepének felmérésére végzett tanulmányok többsége a felszíni öntőfajokhoz kapcsolódik, és csak néhány foglalkozott a szántóföldi körülmények között lerakódott öntvényekkel . A talajban lévő vetések ökológiai hatásának jobb megértése érdekében óriási segítség lenne a földigiliszta-barlangok tápanyagdinamikájának értékelése, valamint a talajban lévő vetéseknek a növények növekedésére gyakorolt hatása. A föld alatti öntésű földigilisztafajok esetében a talaj alatti öntvények ökológiai hatása valószínűleg ugyanolyan fontos, mint a felszíni vetéseké a tápanyagok rendelkezésre állása szempontjából, különösen a leromlott és zavart ökoszisztémák biológiai kezelése szempontjából. Ezért további kutatásokra van szükség ezen a területen, hogy kiegészítsük az EWs tápanyagdinamikában betöltött szerepével kapcsolatos ismereteinket a jobb talajgazdálkodási technikák stratégiáinak kidolgozása érdekében.

3. Következtetések

figyelembe véve az EWs potenciális hozzájárulását a talaj termékenységének kezeléséhez, ezeket figyelembe kell venni az agroökoszisztémák kezelésével kapcsolatos döntésekben. Az EWs kifejezetten befolyásolhatja a talaj termékenységét, amely nagy jelentőséggel bírhat a fenntartható földhasználat növelése szempontjából a természetesen leromlott ökoszisztémákban, valamint az agroökoszisztémákban. A földigiliszták megfelelő kezelése fenntarthatja a terméshozamot, miközben a műtrágyabevitel csökkenthető. Mivel a gazdálkodás számos talajzavaró tevékenységgel járhat, az EWs biológiájának és ökológiájának megértése segíteni fog olyan gazdálkodási stratégiák kidolgozásában, amelyek befolyásolhatják a talaj biótáját és a termés teljesítményét.

rövidítések

Köszönetnyilvánítás

a szerzők köszönetet mondanak Rajani kisasszonynak a laboratóriumi segítségért, Navin Úrnak pedig a logisztikai támogatásért.