rol van regenwormen in het behoud van de bodemvruchtbaarheid door de productie van biogene structuren

Abstract

de bodembiota komt de bodemproductiviteit ten goede en draagt bij tot de duurzame werking van alle ecosystemen. De kringloop van voedingsstoffen is een cruciale functie die essentieel is voor het leven op aarde. Regenwormen (EWs) zijn een belangrijk onderdeel van de bodemfauna gemeenschappen in de meeste ecosystemen en vormen een groot deel van de macrofauna biomassa. Hun activiteit is gunstig omdat het de kringloop van voedingsstoffen in de bodem kan verbeteren door de snelle integratie van detritus in minerale bodems. Naast dit mengen effect, slijm productie geassocieerd met waterexcretie in aardworm darmen verbetert ook de activiteit van andere nuttige bodem micro-organismen. Dit wordt gevolgd door de productie van organisch materiaal. Dus, op korte termijn, een meer significant effect is de concentratie van grote hoeveelheden voedingsstoffen (N, P, K, en Ca) die gemakkelijk te assimileren door planten in vers gegoten afzettingen. Bovendien lijken regenwormen de mineralisatie en de omzet van organisch materiaal in de bodem te versnellen. Regenwormen zijn ook gekend om stikstofmineralisatie, door directe en indirecte gevolgen voor de microbiële gemeenschap te verhogen. De toegenomen overdracht van organische C en N naar bodemaggregaten wijst erop dat regenwormen de stabilisatie en accumulatie van organisch materiaal in de bodem in landbouwsystemen kunnen vergemakkelijken, en dat de invloed ervan sterk afhangt van verschillen in landbeheerpraktijken. In dit document wordt informatie over gepubliceerde gegevens over de beschreven onderwerpen samengevat.

1. Inleiding

de bescherming van de bodemhabitat is de eerste stap op weg naar een duurzaam beheer van de biologische eigenschappen die bepalend zijn voor de kwaliteit en productiviteit op lange termijn. Algemeen wordt aangenomen dat bodembiota de bodemproductiviteit ten goede komt, maar er is weinig bekend over de organismen die in de bodem leven en over het functioneren van het bodemecosysteem. De rol van regenwormen (EWS) in de vruchtbaarheid van de bodem is bekend sinds 1881, toen Darwin (1809-1882) zijn laatste wetenschappelijke boek publiceerde getiteld “The formation of vegetable mould through the action of worms with observations on their habits.”Sindsdien zijn verschillende studies uitgevoerd om de bijdrage van bodemorganismen aan de duurzame werking van alle ecosystemen te benadrukken . De macrofauna van de bodem, zoals EWs, wijzigt indirect de bodem en het strooisel door de accumulatie van hun biogene structuren (afgietsels, pellets, galerijen, enz.) (Tabel 1). De kringloop van voedingsstoffen is een cruciale ecosysteemfunctie die essentieel is voor het leven op aarde. Uit Studies in de afgelopen jaren is gebleken dat er steeds meer belangstelling is voor de ontwikkeling van productieve landbouwsystemen met een hoog rendement van het interne hulpbronnengebruik en dus lagere inputbehoeften en kosten . Op dit moment is er steeds meer bewijs dat bodemmacro-invertebraten een sleutelrol spelen in SOM-transformaties en nutriëntendynamiek op verschillende ruimtelijke en temporele schalen door verstoring en de productie van biogene structuren voor de verbetering van de bodemvruchtbaarheid en de landproductiviteit . EWs vormen een belangrijk onderdeel van de bodemfauna-gemeenschappen in de meeste natuurlijke ecosystemen van de vochtige tropen en vormen een groot deel van de macrofauna-biomassa . In gecultiveerde tropische bodems, waar organisch materiaal vaak gerelateerd is aan vruchtbaarheid en productiviteit, zouden de gemeenschappen van ongewervelde dieren—vooral EWs—een belangrijke rol kunnen spelen in (SOM) dynamiek door de regulering van de mineralisatie-en humificatieprocessen .

1.1. Functionele betekenis van regenwormen

de effecten van EWs op biologische bodemprocessen en vruchtbaarheidsniveau verschillen in ecologische categorieën . Anecische soorten bouwen permanente holen in de diepe minerale lagen van de bodem; ze slepen organisch materiaal van het bodemoppervlak naar hun holen voor voedsel. Endogene soorten leven uitsluitend en bouwen uitgebreide Niet-permanente holen in de bovenste minerale laag van de bodem, voornamelijk opgenomen minerale bodem materie, en staan bekend als “ecologische ingenieurs,” of “ecosysteem ingenieurs.”Ze produceren fysieke structuren waardoor ze de beschikbaarheid of toegankelijkheid van een hulpbron voor andere organismen kunnen wijzigen . Epigeic soorten leven op het bodemoppervlak, vormen geen permanente holen, en Eten voornamelijk strooisel en humus, evenals op rottend organisch materiaal, en mengen geen organische en anorganische materie . In de meeste habitats en ecosystemen (Tabel 2) is het meestal een combinatie van deze ecologische categorieën die samen of individueel verantwoordelijk zijn voor het behoud van de vruchtbaarheid van de bodem .

1.2. De rol van regenwormen in de beschikbaarheid van nutriënten voor de bodem

EWs beïnvloedt de toevoer van nutriënten via hun weefsels, maar grotendeels via hun gravende activiteiten; zij produceren aggregaten en poriën (d.w.z. biostructuren) in de bodem en/of op het bodemoppervlak, waardoor de fysische eigenschappen, de nutriëntencyclus en de plantengroei worden beïnvloed . De biogene structuren vormen assemblages van organo-minerale aggregaten. Hun stabiliteit en de concentratie van organisch materiaal impact bodem fysische eigenschappen en SOM dynamiek. Daarnaast beà nvloeden ze enkele belangrijke bodem ecologische processen binnen hun “functionele domein” waar ze voedingsstoffen en hulpbronnen concentreren die verder worden geëxploiteerd door bodemmicro-organismen gemeenschappen . Het effect van EWs op de dynamiek van organische materie varieert afhankelijk van de beschouwde tijd-en ruimteschalen . De activiteit van endogene EWs in de vochtige tropische omgeving versnelt de initiële SOM-omzet door indirecte effecten op bodem C als determinanten van microbiële activiteit. Door selectief foerageren van organische deeltjes wordt de inhoud van de darm vaak verrijkt met organisch materiaal, voedingsstoffen en water in vergelijking met bulkgrond en kan het een hoge mate van microbiële activiteit bevorderen . Er is gemeld dat ze mineralisatie verbeteren door SOM eerst te fragmenteren en het vervolgens te mengen met minerale deeltjes en micro-organismen, en daardoor nieuwe oppervlakken van contact tussen SOM en micro-organismen te creëren . Op korte termijn is een belangrijker effect de concentratie van grote hoeveelheden nutriënten (N, P, K en Ca) die gemakkelijk door planten in vers gegoten afzettingen kunnen worden opgenomen . De meeste van deze voedingsstoffen zijn afgeleid van regenworm urine en slijm . In hoog uitgespoelde bodems van vochtige tropen, aardworm activiteit is gunstig vanwege de snelle integratie van het detritus in de bodems . Naast dit mengeffect is het bekend dat slijmproductie geassocieerd met waterexcretie in de darm van de regenworm de activiteit van micro-organismen versterkt . Dit wordt gevolgd door de productie van organisch materiaal. Verse afgietsels vertonen dus een hoog gehalte aan voedingsstoffen (Tabel 3). De chemische eigenschappen van afgietsels verschillen van die van niet-ingedichte grond en zijn rijk aan plantaardige beschikbare voedingsstoffen. Bij afzetting uit de gietvorm binden microbiële producten, naast het slijm van regenwormen, bodemdeeltjes en dragen ze bij aan de vorming van zeer stabiele aggregaten . Hoewel EWs de initiële afbraak van organische residuen kan versnellen, hebben verscheidene studies erop gewezen dat zij SOM ook door zijn integratie en bescherming in hun afgietsels kunnen stabiliseren . Over langere periodes van tijd, neemt deze verbeterde microbiële activiteit af wanneer de afgietsels droog zijn, en de aggregatie wordt dan gerapporteerd om SOM fysiek tegen mineralisatie te beschermen. Aldus C mineralisatie rate dalingen en mineralisatie van SOM van afgietsels kan worden geblokkeerd voor enkele maanden . Het kan weer toegankelijk worden voor de microflora zodra deze worden afgebroken tot kleine fragmenten . Bovendien lijken EWs de mineralisatie en de omzet van SOM te versnellen . Verder hebben studies ook aangetoond dat organisch materiaal in de gietstukken, eenmaal gestabiliseerd, deze stabilisatie vele jaren kan handhaven . Niettemin, kunnen de chemische mechanismen ook aan de stabilisatie bijdragen aangezien het bewijsmateriaal toont dat de afgietsels door sterke interactie tussen minerale gronddeeltjes en SOM worden bijeengehouden die in bacteriële polysaccharides en schimmelhyphae wordt verrijkt . Gietmallen voor regenwormen zijn verrijkt met organische C en n, die het C-en N-gehalte van de niet-ingeslikte grond met respectievelijk een factor 1,5 en 1,3 overschrijden (Tabel 4). Deze verrijking komt voor in alle deeltjesgroottefracties, niet beperkt tot bepaalde organische samengestelde dynamica van een gecultiveerde grond . Deze resultaten wijzen duidelijk op de directe betrokkenheid van EWs bij het bieden van bescherming van bodem C in microaggregaten binnen grote macroaggregaten, wat leidt tot een mogelijke stabilisatie op lange termijn van bodem C (Tabel 5). Er is ook gemeld dat EWs de incorporatie van de dekking gewas-afgeleide C in macroaggregaten, en belangrijker, in microaggregaten gevormd binnen macroaggregaten verhogen. De toegenomen overdracht van organische C en N naar bodemaggregaten wijst op het potentieel van EWs om SOM-stabilisatie en accumulatie in landbouwsystemen te vergemakkelijken .

EWs is ook gekend om stikstofmineralisatie, door directe en indirecte gevolgen op de microbiële gemeenschap te verhogen (Tabel 6). Uit onze studies naar de rol van EWs in de stikstofkringloop tijdens de teeltfase van de verschuivende landbouw in Noordoost India bleek (Tabel 7) dat de totale hoeveelheid stikstof die door de activiteit van EWs beschikbaar werd gesteld voor planten hoger was dan de totale hoeveelheid stikstof in de bodem door de toevoeging van gesneden vegetatie, anorganische en organische mest, gerecycleerde gewasresten en onkruid . Een belangrijke rol van EWs is de dramatische toename van de bodem pH zoals waargenomen door onze studies in het verschuiven van agroecosystem in Noordoost India, in een sedentair terras agroecosystem in centrale Himalaya, en in het intensieve agroecosystem in Indo-Gangetische vlakten. Dit verhoogt de microbiële activiteit en de n-fixatie in de bodem, zodat stikstof in de wormen ten minste gedeeltelijk aan dit eerder dan aan concentratie door winstwormen kan worden toe te schrijven. Stikstofmineralisatie door microflora is ook vrij intens in de regenworm darm en blijft enkele uren in verse afgietsels , respectievelijk, door het opnemen van organisch materiaal in de bodem en of door het grazen van de bacteriële gemeenschap. EWs is gevonden om bacteriële biomassa te verbeteren of te verminderen, en bacteriële activiteit te stimuleren . De invloed van EWs op de N-cycli blijkt echter ook grotendeels te worden bepaald door het type teeltsysteem en de toegepaste meststof (mineraal versus organisch). Verschillende experimentele studies suggereren dat EWs potentieel negatieve gevolgen heeft voor meststof-N retentiestudies . De aardworm soorten en soorten interacties aanwezig in het systeem ook effect stikstof mineralisatie en plantaardige productie . Dit kan resulteren in verbeterde stikstof immobilisatie of mineralisatie afhankelijk van species kenmerken en substraatkwaliteit. In het overzicht wordt dus gewezen op de belangrijke effecten die EWs heeft op C-en N-cyclische processen in agrocosystemen en dat hun invloed sterk afhangt van verschillen in managementpraktijken . Verder kan het EWs ook de beschikbaarheid van nutriënten verhogen in systemen met verminderde menselijke invloed en lage nutriëntenstatus, dat wil zeggen, geen Grondbewerking, verminderd gebruik van minerale meststoffen en een laag gehalte aan organische stoffen . De rol van EWs bij het verbeteren van de vruchtbaarheid van de bodem is oude kennis die nu beter wordt verklaard door wetenschappelijke resultaten die uit verschillende studies naar voren komen. Dit is een belangrijk studiegebied waar het onderzoek direct verband houdt met de sociale zekerheid . Elke betrokken stap vereist passende protocollen en reproduceerbare resultaten. Dit is een feedbackmechanisme waarbij de technologie die op de gebieden wordt toegepast, in de laboratoria verder wordt verbeterd op basis van de feedback die wordt ontvangen van de technologie-gebruikers om zo overtuigender informatie te verstrekken aan technologie-gebruikers.

2. Toekomstige onderzoeksbehoeften

de meeste studies die zijn uitgevoerd om de rol van het gieten van regenwormen in de nutriëntencyclus en de bodemstructuur te beoordelen, houden verband met soorten van het oppervlaktegieten, en slechts enkele hebben betrekking op afgietsels die onder veldomstandigheden worden afgezet . Om een beter inzicht te krijgen in de ecologische impact van gietmallen in de bodem, zou de beoordeling van de nutriëntendynamiek in grondwormholen en het effect van gietmallen in de bodem op de groei van planten enorm helpen. Voor grondgietende aardwormsoorten is de ecologische impact van hun ondergrondse afgietsels waarschijnlijk even belangrijk als hun bovengrondse afgietsels in relatie tot de beschikbaarheid van nutriënten, met name voor het biologisch beheer van aangetaste en verstoorde ecosystemen. Daarom is er meer onderzoek nodig op dit gebied om onze kennis van de rol van EWs in nutriëntendynamiek te vervolledigen en strategieën voor betere bodembeheertechnieken te ontwikkelen.

3. Conclusies

rekening houdend met de potentiële bijdrage van EWs aan het beheer van de bodemvruchtbaarheid, is het noodzakelijk deze in aanmerking te nemen bij beslissingen over het beheer van het agroecosysteem. Het EWs kan specifiek van invloed zijn op de bodemvruchtbaarheid, wat van groot belang kan zijn voor het verhogen van duurzaam landgebruik in van nature aangetaste ecosystemen en agrocosystemen. Een goed beheer van de regenwormen kan de gewasopbrengst in stand houden, terwijl het gebruik van meststoffen kan worden verminderd. Aangezien landbouw veel bodemverstorende activiteiten kan omvatten, zal het begrijpen van de biologie en ecologie van EWs helpen bij het ontwikkelen van beheerstrategieën die van invloed kunnen zijn op de bodembiota en de prestaties van gewassen.

Afkortingen

Dankbetuigingen

de auteurs danken mevrouw Rajani voor laboratoriumhulp en de Heer Navin voor logistieke ondersteuning.