Ruolo dei lombrichi nel mantenimento della fertilità del suolo attraverso la produzione di strutture biogeniche

Abstract

Il biota del suolo favorisce la produttività del suolo e contribuisce alla funzione sostenibile di tutti gli ecosistemi. Il ciclo dei nutrienti è una funzione fondamentale che è essenziale per la vita sulla terra. I lombrichi (EWS) sono una componente importante delle comunità di fauna del suolo nella maggior parte degli ecosistemi e comprendono una grande percentuale di biomassa macrofauna. La loro attività è benefica perché può migliorare il ciclo dei nutrienti del suolo attraverso la rapida incorporazione di detriti in terreni minerali. Oltre a questo effetto di miscelazione, la produzione di muco associata all’escrezione di acqua nelle viscere dei lombrichi migliora anche l’attività di altri microrganismi benefici del suolo. Questo è seguito dalla produzione di materia organica. Quindi, a breve termine, un effetto più significativo è la concentrazione di grandi quantità di nutrienti (N, P, K e Ca) che sono facilmente assimilabili dalle piante in deposizioni di getto fresco. Inoltre, i lombrichi sembrano accelerare la mineralizzazione e il turnover della materia organica del suolo. I lombrichi sono noti anche per aumentare la mineralizzazione dell’azoto, attraverso effetti diretti e indiretti sulla comunità microbica. L’aumento del trasferimento di C e N organici negli aggregati del suolo indica che i lombrichi possono facilitare la stabilizzazione e l’accumulo della materia organica del suolo nei sistemi agricoli e che la loro influenza dipende notevolmente dalle differenze nelle pratiche di gestione del territorio. Questo documento riassume le informazioni sui dati pubblicati sugli argomenti descritti.

1. Introduzione

La protezione dell’habitat del suolo è il primo passo verso una gestione sostenibile delle sue proprietà biologiche che determinano qualità e produttività a lungo termine. È generalmente accettato che il biota del suolo benefici della produttività del suolo, ma si sa molto poco sugli organismi che vivono nel suolo e sul funzionamento dell’ecosistema del suolo. Il ruolo dei lombrichi (EWS) nella fertilità del suolo è noto dal 1881, quando Darwin (1809-1882) pubblicò il suo ultimo libro scientifico intitolato “La formazione di muffe vegetali attraverso l’azione dei vermi con osservazioni sulle loro abitudini.”Da allora, sono stati intrapresi diversi studi per evidenziare il contributo degli organismi del suolo alla funzione sostenibile di tutti gli ecosistemi . La macrofauna del suolo, come le EWS, modifica il suolo e l’ambiente dei rifiuti indirettamente attraverso l’accumulo delle loro strutture biogeniche (calchi, pellet, gallerie, ecc.) (Tabella 1). Il ciclo dei nutrienti è una funzione fondamentale dell’ecosistema che è essenziale per la vita sulla terra. Gli studi degli ultimi anni hanno mostrato un crescente interesse per lo sviluppo di sistemi agricoli produttivi con un’elevata efficienza di utilizzo delle risorse interne e quindi minori requisiti di input e costi . Attualmente, vi sono prove crescenti che i macroinvertebrati del suolo svolgono un ruolo chiave nelle trasformazioni SOM e nelle dinamiche dei nutrienti a diverse scale spaziali e temporali attraverso la perturbazione e la produzione di strutture biogeniche per il miglioramento della fertilità del suolo e della produttività del terreno . Le EWS sono una componente importante delle comunità di fauna del suolo nella maggior parte degli ecosistemi naturali dei tropici umidi e comprendono una grande percentuale di biomassa macrofauna . Nei terreni tropicali coltivati, dove la materia organica è spesso correlata alla fertilità e alla produttività, le comunità di invertebrati—in particolare EWS—potrebbero svolgere un ruolo importante nelle dinamiche (SOM) attraverso la regolazione dei processi di mineralizzazione e umificazione .

1.1. Significato funzionale dei lombrichi

Gli effetti della EWs sui processi biologici del suolo e sul livello di fertilità differiscono nelle categorie ecologiche . Le specie aneciche costruiscono tane permanenti negli strati minerali profondi del suolo; trascinano la materia organica dalla superficie del suolo nelle loro tane per il cibo. Le specie endogeiche vivono esclusivamente e costruiscono vaste tane non permanenti nello strato minerale superiore del suolo, principalmente materia minerale ingerita nel suolo, e sono conosciute come “ingegneri ecologici” o “ingegneri dell’ecosistema”.”Producono strutture fisiche attraverso le quali possono modificare la disponibilità o l’accessibilità di una risorsa per altri organismi . Le specie epigeiche vivono sulla superficie del suolo, non formano tane permanenti e ingeriscono principalmente rifiuti e humus, nonché sulla materia organica in decomposizione e non mescolano materia organica e inorganica . Nella maggior parte degli habitat e degli ecosistemi (Tabella 2), di solito è una combinazione di queste categorie ecologiche che insieme o individualmente sono responsabili del mantenimento della fertilità dei suoli .

1.2. Ruolo dei lombrichi nella disponibilità di nutrienti al suolo

Le EWS influenzano l’apporto di nutrienti attraverso i loro tessuti ma in gran parte attraverso le loro attività di scavo; producono aggregati e pori (cioè biostrutture) nel suolo e/o sulla superficie del suolo, influenzando così le sue proprietà fisiche, il ciclo dei nutrienti e la crescita delle piante . Le strutture biogeniche costituiscono assemblaggi di aggregati organo-minerali. La loro stabilità e la concentrazione di materia organica influenzano le proprietà fisiche del suolo e le dinamiche SOM. Inoltre influenzano alcuni importanti processi ecologici del suolo all’interno del loro “dominio funzionale” dove concentrano nutrienti e risorse che vengono ulteriormente sfruttate dalle comunità di microrganismi del suolo . L’effetto di EWS sulla dinamica della materia organica varia a seconda delle scale temporali e spaziali considerate . L’attività di EWS endogeico nell’ambiente tropicale umido accelera il turnover iniziale di SOM attraverso effetti indiretti sul suolo C come determinanti dell’attività microbica. A causa del foraggiamento selettivo di particelle organiche, il contenuto dell’intestino è spesso arricchito in materia organica, nutrienti e acqua rispetto al suolo sfuso e può favorire alti livelli di attività microbica . Sono stati segnalati per migliorare la mineralizzazione prima frammentando SOM e poi mescolandolo con particelle minerali e microrganismi, e quindi creando nuove superfici di contatto tra SOM e microrganismi . A breve termine, un effetto più significativo è la concentrazione di grandi quantità di nutrienti (N, P, K e Ca) che sono facilmente assimilabili dalle piante in deposizioni di getto fresco . La maggior parte di questi nutrienti deriva dall’urina e dal muco del lombrico . Nei terreni altamente lisciviati dei tropici umidi, l’attività dei lombrichi è benefica a causa della rapida incorporazione dei detriti nei terreni . Oltre a questo effetto di miscelazione, la produzione di muco associata all’escrezione di acqua nell’intestino del lombrico è nota per migliorare l’attività dei microrganismi . Questo è seguito dalla produzione di materia organica. Quindi i calchi freschi mostrano un alto contenuto di nutrienti (Tabella 3). Le caratteristiche chimiche dei calchi differiscono da quelle del suolo non infestato e sono ricche di nutrienti disponibili per le piante. Dopo la deposizione del getto, i prodotti microbici, oltre alle mucillagini del lombrico, legano le particelle del suolo e contribuiscono alla formazione di aggregati altamente stabili . Anche se EWS può accelerare la ripartizione iniziale dei residui organici, diversi studi hanno indicato che essi possono anche stabilizzare SOM attraverso la sua incorporazione e protezione nei loro calchi . Per periodi di tempo più lunghi, questa maggiore attività microbica diminuisce quando i getti si asciugano e l’aggregazione viene quindi segnalata per proteggere fisicamente il SOM dalla mineralizzazione. Così C tasso di mineralizzazione diminuisce e mineralizzazione di SOM da calchi può essere bloccato per diversi mesi . Potrebbe diventare nuovamente accessibile per la microflora una volta che questi sono degradati in piccoli frammenti . Inoltre EWS sembrano accelerare la mineralizzazione così come il fatturato di SOM . Inoltre, gli studi hanno anche indicato che la materia organica nei calchi, una volta stabilizzata, può mantenere questa stabilizzazione per molti anni . Tuttavia, i meccanismi chimici possono anche contribuire alla stabilizzazione poiché l’evidenza mostra che i calchi sono tenuti insieme da forti interazioni tra particelle di terreno minerale e SOM che è arricchito in polisaccaridi batterici eph fungine . I getti di lombrico sono arricchiti in C e N organici, superando il contenuto di C e N del terreno non ingerito di un fattore rispettivamente di 1,5 e 1,3 (Tabella 4). Questo arricchimento appare in tutte le frazioni granulometriche, non limitate a determinate dinamiche di composti organici di un terreno coltivato . Questi risultati indicano chiaramente il coinvolgimento diretto dell’EWs nel fornire protezione del suolo C in microaggregati all’interno di grandi macroaggregati, portando a una possibile stabilizzazione a lungo termine del suolo C (Tabella 5). È stato anche riportato che le EWS aumentano l’incorporazione di C derivato dalla coltura di copertura in macroaggregati e, cosa più importante, in microaggregati formati all’interno di macroaggregati. L’aumento del trasferimento di C e N organici negli aggregati del suolo indica il potenziale per EWS per facilitare la stabilizzazione e l’accumulo di SOM nei sistemi agricoli .

EWS sono noti anche per aumentare la mineralizzazione dell’azoto, attraverso effetti diretti e indiretti sulla comunità microbica (Tabella 6). I nostri studi sul ruolo dell’EWS nel ciclo dell’azoto durante la fase di coltivazione dell’agricoltura di spostamento nell’India nord-orientale hanno mostrato (Tabella 7) che l’azoto totale del suolo reso disponibile per le piante attraverso l’attività dell’EWS era superiore all’apporto totale di azoto al suolo attraverso l’aggiunta di vegetazione tagliata, letame inorganico e organico, residui di colture riciclate ed erbe infestanti . Un ruolo importante di EWs è il drammatico aumento del pH del suolo, come osservato attraverso i nostri studi in spostamento agroecosistema nel nord-est dell’India, in un agroecosistema terrazza sedentaria in Himalaya centrale, e in agroecosistema intensivo in pianure indo-gangetiche. Ciò aumenta l’attività microbica e la fissazione di N nel suolo, di modo che l’azoto nel getto del verme può essere dovuto almeno in parte a questo piuttosto che alla concentrazione dai vermi di guadagno. La mineralizzazione dell’azoto da parte della microflora è anche piuttosto intensa nell’intestino del lombrico e continua per diverse ore in getti freschi , rispettivamente, incorporando materia organica nel terreno e o pascolando la comunità batterica. EWs sono stati trovati per migliorare o diminuire la biomassa batterica e per stimolare l’attività batterica . L’influenza di EWs su N cycling, tuttavia, sembra anche essere in gran parte determinata dal tipo di sistema di ritaglio e dal fertilizzante applicato (minerale contro organico). Vari studi sperimentali suggeriscono che le EWS hanno conseguenze potenzialmente negative sugli studi di ritenzione del fertilizzante-N. Le specie di lombrichi e le interazioni di specie presenti nel sistema influenzano anche la mineralizzazione dell’azoto e la produzione delle colture . Ciò può provocare l’immobilizzazione o la mineralizzazione migliorate dell’azoto secondo le caratteristiche di specie e la qualità del substrato. La revisione evidenzia quindi gli importanti effetti che le EWS hanno sui processi di ciclizzazione C e N negli agroecosistemi e che la loro influenza dipende notevolmente dalle differenze nelle pratiche di gestione . Inoltre l’EWS può anche aumentare la disponibilità di nutrienti in sistemi con ridotta influenza umana e basso stato di nutrienti, cioè nessuna lavorazione, ridotto uso di fertilizzanti minerali e basso contenuto di materia organica . Il ruolo dell’EWS nel migliorare la fertilità del suolo è una conoscenza antica che ora è meglio spiegata dai risultati scientifici che emergono da diversi studi. Questo è un importante campo di studio in cui la ricerca è direttamente legata al benessere sociale . Ogni fase richiede protocolli appropriati e risultati riproducibili. Si tratta di un meccanismo di feedback in cui la tecnologia adottata nei campi viene ulteriormente migliorata nei laboratori in base al feedback ricevuto dagli utilizzatori di tecnologia in modo da fornire informazioni più convincenti agli utilizzatori di tecnologia.

2. Esigenze di ricerca future

La maggior parte degli studi condotti per valutare il ruolo della colata di lombrichi nel ciclo dei nutrienti e nella struttura del suolo sono legati alle specie di colata superficiale e solo pochi hanno affrontato i calchi depositati in condizioni di campo . Per raggiungere una migliore comprensione dell’impatto ecologico dei calchi nel suolo, la valutazione della dinamica dei nutrienti nelle tane dei lombrichi e dell’effetto dei calchi nel suolo sulla crescita delle piante sarebbe di grande aiuto. Per le specie di lombrichi da colata sottoterra, è probabile che l’impatto ecologico dei loro getti sotterranei sia importante quanto i loro getti superficiali in relazione alla disponibilità di nutrienti, in particolare per la gestione biologica degli ecosistemi degradati e disturbati. Pertanto sono necessarie ulteriori ricerche in questo settore per completare la nostra conoscenza del ruolo dell’EWS nelle dinamiche dei nutrienti in modo da evolvere strategie per migliori tecniche di gestione del suolo.

3. Conclusioni

Considerando il potenziale contributo dell’EWs alla gestione della fertilità del suolo, è necessario considerarli nelle decisioni di gestione agroecosistema. L’EWS può influire in modo specifico sulla fertilità del suolo che può essere di grande importanza per aumentare l’uso sostenibile del suolo in ecosistemi degradati naturalmente e agroecosistemi. Una corretta gestione dei lombrichi può sostenere i raccolti, mentre gli input di fertilizzanti potrebbero essere ridotti. Poiché l’agricoltura può coinvolgere molte attività di disturbo del suolo, la comprensione della biologia e dell’ecologia di EWS aiuterà a elaborare strategie di gestione che possano influire sul biota del suolo e sulle prestazioni delle colture.

Abbreviazioni

Ringraziamenti

Gli autori ringraziano la signorina Rajani per l’assistenza di laboratorio e il signor Navin per il supporto logistico.