rola dżdżownic w utrzymaniu żyzności gleby poprzez wytwarzanie struktur biogennych

Streszczenie

biota glebowa wpływa korzystnie na wydajność gleby i przyczynia się do zrównoważonego funkcjonowania wszystkich ekosystemów. Obieg składników odżywczych jest kluczową funkcją, która jest niezbędna do życia na ziemi. Dżdżownice (EWs) są głównym składnikiem zbiorowisk fauny glebowej w większości ekosystemów i stanowią dużą część biomasy makrofauny. Ich aktywność jest korzystna, ponieważ może zwiększyć wymianę składników odżywczych w glebie poprzez szybkie włączenie detrytusu do gleb mineralnych. Oprócz tego efektu mieszania, produkcja śluzu związana z wydalaniem wody w jelitach dżdżownic zwiększa również aktywność innych korzystnych mikroorganizmów glebowych. Następnie następuje produkcja materii organicznej. Tak więc, w perspektywie krótkoterminowej, bardziej znaczącym efektem jest koncentracja dużych ilości składników odżywczych (N, P, K i Ca), które są łatwo przyswajalne przez rośliny w świeżych osadach. Ponadto dżdżownice wydają się przyspieszać mineralizację, a także obrót materii organicznej gleby. Wiadomo, że dżdżownice zwiększają mineralizację azotu poprzez bezpośredni i pośredni wpływ na społeczność mikrobiologiczną. Zwiększone przenoszenie organicznych C I N do agregatów glebowych wskazuje na potencjał dżdżownic do ułatwienia stabilizacji i akumulacji materii organicznej w glebie w systemach rolniczych, a ich wpływ zależy w dużym stopniu od różnic w praktykach gospodarowania gruntami. W artykule podsumowano informacje na temat opublikowanych danych na opisane tematy.

1. Wprowadzenie

Ochrona siedlisk glebowych jest pierwszym krokiem w kierunku zrównoważonego zarządzania ich właściwościami biologicznymi, które decydują o długoterminowej jakości i wydajności. Powszechnie przyjmuje się, że fauna i Flora glebowa jest korzystna dla wydajności gleby, ale niewiele wiadomo o organizmach żyjących w glebie i funkcjonowaniu ekosystemu glebowego. Rola dżdżownic (EWs) w żyzności gleby jest znana od 1881 roku, kiedy Darwin (1809-1882) opublikował swoją ostatnią książkę naukową zatytułowaną „the formation of vegetable mould through the action of worms with observations on their habits.”Od tego czasu podjęto kilka badań, aby podkreślić wkład organizmów glebowych w Zrównoważone funkcjonowanie wszystkich ekosystemów . Makrofauny glebowe, takie jak Ewy, modyfikują środowisko glebowe i ściółkowe pośrednio poprzez gromadzenie ich struktur biogennych (odlewy, granulki, galerie itp.) (Tabela 1). Obieg składników odżywczych jest kluczową funkcją ekosystemu, która jest niezbędna do życia na ziemi. Badania przeprowadzone w ostatnich latach wykazały rosnące zainteresowanie rozwojem systemów produkcji rolnej o wysokiej efektywności wykorzystania zasobów wewnętrznych, a tym samym niższym zapotrzebowaniu na nakłady i niższych kosztach . Obecnie istnieje coraz więcej dowodów na to, że makroinwertytebraty glebowe odgrywają kluczową rolę w przemianach SOM i dynamice składników pokarmowych w różnych skalach przestrzennych i czasowych poprzez zaburzenia i wytwarzanie struktur biogennych w celu poprawy żyzności gleby i wydajności gruntów . EWs są głównym składnikiem zbiorowisk fauny glebowej w większości naturalnych ekosystemów wilgotnych tropików i zawierają dużą część biomasy makrofauny . W uprawnych glebach tropikalnych, gdzie materia organiczna jest często związana z płodnością i produktywnością, społeczności bezkręgowców—zwłaszcza EWs—mogą odgrywać ważną rolę w dynamice (SOM) poprzez regulację procesów mineralizacji i humifikacji .

1.1. Znaczenie funkcjonalne dżdżownic

wpływ EWs na procesy biologiczne gleby i poziom żyzności różnią się w kategoriach ekologicznych . Gatunki aneciczne budują trwałe nory w głębokich warstwach mineralnych gleby; przeciągają materię organiczną z powierzchni gleby do swoich nor w celu pożywienia. Gatunki endogeologiczne żyją wyłącznie i budują rozległe nory w górnej warstwie mineralnej gleby, głównie spożywanej materii mineralnej gleby, i są znane jako” inżynierowie ekologiczni „lub” inżynierowie ekosystemu.”Wytwarzają struktury fizyczne, dzięki którym mogą modyfikować dostępność lub dostępność zasobów dla innych organizmów . Gatunki epigeiczne żyją na powierzchni gleby, nie tworzą trwałych NOR, spożywają głównie ściółkę i próchnicę, a także rozkładającą się materię organiczną i nie mieszają materii organicznej z nieorganiczną . W większości siedlisk i ekosystemów (Tabela 2) jest to zwykle połączenie tych kategorii ekologicznych, które razem lub indywidualnie odpowiadają za utrzymanie żyzności gleb .

1.2. Rola dżdżownic w dostępności składników odżywczych do gleby

EWs wpływają na dostarczanie składników odżywczych przez ich tkanki, ale w dużej mierze poprzez ich działalność zakopywania; wytwarzają Agregaty i pory (tj. biostruktury) w glebie i/lub na powierzchni gleby, wpływając w ten sposób na jej właściwości fizyczne, cykle odżywcze i wzrost roślin . Struktury biogenne stanowią skupiska kruszyw organiczno-mineralnych. Ich stabilność i koncentracja materii organicznej wpływa na właściwości fizyczne gleby i dynamikę SOM. Poza tym wpływają na niektóre ważne procesy ekologiczne w glebie w ich „domenie funkcjonalnej”, gdzie koncentrują składniki odżywcze i zasoby, które są dalej wykorzystywane przez społeczności mikroorganizmów glebowych . Wpływ EWs na dynamikę materii organicznej zmienia się w zależności od rozważanych skal czasowych i przestrzennych . Aktywność Endogeic EWs w wilgotnym środowisku tropikalnym przyspiesza początkowy obrót SOM poprzez pośredni wpływ na glebę C jako determinanty aktywności drobnoustrojów. Ze względu na selektywne żerowanie cząstek organicznych zawartość jelit jest często wzbogacana w materię organiczną, składniki odżywcze i wodę w porównaniu z glebą masową i może sprzyjać wysokiemu poziomowi aktywności drobnoustrojów . Stwierdzono, że zwiększają mineralizację, najpierw fragmentując SOM, a następnie mieszając go razem z cząstkami mineralnymi i mikroorganizmami, a tym samym tworząc nowe powierzchnie kontaktu między SOM a mikroorganizmami . W perspektywie krótkoterminowej bardziej znaczącym efektem jest koncentracja dużych ilości składników odżywczych (N, P, K i Ca), które są łatwo przyswajalne przez rośliny w świeżych osadach . Większość tych składników odżywczych pochodzi z moczu dżdżownic i śluzu . W silnie wypłukanych glebach wilgotnych tropików aktywność dżdżownic jest korzystna ze względu na szybkie włączenie detrytusu do gleb . Oprócz tego efektu mieszania wiadomo, że produkcja śluzu związana z wydalaniem wody w jelitach dżdżownic zwiększa aktywność mikroorganizmów . Następnie następuje produkcja materii organicznej. Tak świeże odlewy wykazują wysoką zawartość składników odżywczych(Tabela 3). Właściwości chemiczne odlewów różnią się od cech gleb niezagęszczonych i są bogate w składniki odżywcze dostępne dla roślin. Po osadzaniu się odlewów produkty mikrobiologiczne, oprócz śluzów dżdżownic, wiążą cząstki gleby i przyczyniają się do tworzenia wysoce stabilnych agregatów . Chociaż EWs może przyspieszyć początkowy rozkład pozostałości organicznych, kilka badań wykazało, że mogą one również stabilizować SOM poprzez jego włączenie i ochronę w ich odlewach . Przez dłuższy czas ta zwiększona aktywność drobnoustrojów zmniejsza się, gdy odlewy są suche, a agregacja jest następnie zgłaszana w celu fizycznej ochrony SOM przed mineralizacją. W ten sposób zmniejsza się szybkość mineralizacji C, a mineralizacja SOM z odlewów może być zablokowana na kilka miesięcy . Może stać się ponownie Dostępny dla mikroflory, gdy zostaną one podzielone na małe fragmenty . Ponadto EWs wydają się przyspieszać mineralizację, a także obroty SOM . Ponadto badania wykazały również, że materia organiczna w odlewach, po ustabilizowaniu, może utrzymać tę stabilizację przez wiele lat . Niemniej jednak, mechanizmy chemiczne mogą również przyczynić się do stabilizacji, ponieważ dowody wskazują, że odlewy są utrzymywane razem przez silne interakcje między cząstkami gleby mineralnej i SOM, który jest wzbogacony w bakteryjne polisacharydy i grzybicze hyphae . Odlewy dżdżownic są wzbogacone organicznymi C I N, przekraczającymi zawartość C I N w nie spożywanej glebie odpowiednio o współczynnik 1,5 i 1,3 (Tabela 4). Wzbogacenie to występuje we wszystkich frakcjach wielkości cząstek, nie ograniczając się do pewnej dynamiki związków organicznych uprawianej gleby . Wyniki te wyraźnie wskazują na bezpośredni udział EWs w zapewnianiu ochrony gleby C w mikroagregatach w ramach dużych makroagregatów, co prowadzi do ewentualnej długoterminowej stabilizacji gleby C (Tabela 5). Odnotowano również, że EWs zwiększają włączenie C pochodzącego z roślin okrywowych do makroagregatów, a co ważniejsze, do mikroagregatów utworzonych w makroagregatach. Zwiększone przenoszenie organicznych C I N do agregatów glebowych wskazuje na potencjał EWs w celu ułatwienia stabilizacji SOM i akumulacji w systemach rolniczych .

EWs są znane również do zwiększenia mineralizacji azotu, poprzez bezpośredni i pośredni wpływ na społeczności mikrobiologicznej(Tabela 6). Nasze badania na temat roli EWs w cyklu azotu podczas fazy uprawy przesunięcia rolnictwa w północno-wschodnich Indiach wykazały (Tabela 7), że całkowity azot glebowy udostępniony roślinom dzięki aktywności EWs był wyższy niż całkowity wkład azotu do gleby poprzez dodanie ciętej roślinności, nieorganicznego i organicznego obornika, resztek pożniwnych pochodzących z recyklingu i chwastów . Ważną rolę EWs odgrywa dramatyczny wzrost pH gleby, zaobserwowany w naszych badaniach w agroekosystemie ruchomym w północno-wschodnich Indiach, w agroekosystemie siedzącego tarasu w środkowych Himalajach oraz w intensywnym agroekosystemie na równinach Indo-Gangetycznych. Zwiększa to aktywność drobnoustrojów i Wiązanie N w glebie, tak że azot w obsadzie robaka może być spowodowany przynajmniej częściowo tym, a nie koncentracją przez robaki zyskowe. Mineralizacja azotu przez mikroflorę jest również dość intensywna w jelitach dżdżownic i trwa przez kilka godzin w świeżych odlewach , odpowiednio, poprzez włączenie materii organicznej do gleby i lub wypasanie społeczności bakteryjnej. Stwierdzono, że EWs zwiększają lub zmniejszają biomasę bakterii oraz stymulują aktywność bakterii . Wydaje się jednak, że wpływ EWs na cykle N zależy również w dużej mierze od rodzaju systemu uprawy i zastosowanego nawozu (mineralnego i organicznego). Różne badania eksperymentalne sugerują, że EWs mają potencjalnie negatywne konsekwencje dla badań retencji nawozu-N. Występujące w systemie gatunki dżdżownic i interakcje gatunkowe wpływają również na mineralizację azotu i produkcję roślinną . Może to skutkować zwiększonym unieruchomieniem azotu lub mineralizacją w zależności od cech gatunku i jakości substratu. W przeglądzie podkreślono zatem istotny wpływ EWs na procesy cykli C I N w agroekosystemach i że ich wpływ zależy w dużym stopniu od różnic w praktykach zarządzania . Ponadto EWs może również zwiększyć dostępność składników odżywczych w systemach o zmniejszonym wpływie człowieka i niskim stanie składników odżywczych, to znaczy bez uprawy, zmniejszonego zużycia nawozów mineralnych i niskiej zawartości materii organicznej . Rola EWs w poprawie żyzności gleby jest starożytna wiedza, która jest teraz lepiej wyjaśniona wynikami naukowymi wynikającymi z różnych badań. Jest to ważna dziedzina nauki, w której badania są bezpośrednio związane z opieką społeczną . Każdy zaangażowany krok wymaga odpowiednich protokołów i powtarzalnych wyników. Jest to mechanizm sprzężenia zwrotnego, w którym technologia przyjęta w tych dziedzinach jest dalej ulepszana w laboratoriach w oparciu o informacje zwrotne otrzymane od osób stosujących technologię, aby zapewnić bardziej przekonujące informacje osobom stosującym technologię.

2. Przyszłe potrzeby badawcze

większość badań przeprowadzonych w celu oceny roli odlewów dżdżownic w obiegu składników odżywczych i strukturze gleby jest związana z gatunkami odlewów powierzchniowych,a tylko kilka zajmowało się odlewami osadzonymi w warunkach polowych . Aby lepiej zrozumieć ekologiczny wpływ odlewów w glebie, ocena dynamiki składników odżywczych w norach dżdżownic oraz wpływu odlewów w glebie na wzrost roślin byłaby bardzo pomocna. W przypadku gatunków dżdżownic odlewanych pod ziemią wpływ ekologiczny ich odlewów pod ziemią jest prawdopodobnie równie ważny jak ich odlewy powierzchniowe w odniesieniu do dostępności składników odżywczych, zwłaszcza w przypadku zarządzania biologicznego zdegradowanymi i zaburzonymi ekosystemami. W związku z tym konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań w tej dziedzinie, aby uzupełnić naszą wiedzę na temat roli EWs w dynamice składników odżywczych, aby opracować strategie lepszego zarządzania glebą.

3. Wnioski

biorąc pod uwagę potencjalny wkład EWs w zarządzanie żyznością gleby, należy uwzględnić je w decyzjach dotyczących zarządzania agroekosystemem. EWs mogą szczególnie wpływać na żyzność gleby, co może mieć ogromne znaczenie dla zwiększenia zrównoważonego użytkowania gruntów w naturalnie zdegradowanych ekosystemach, a także w agroekosystemach. Właściwa gospodarka dżdżownicami może utrzymać plony, podczas gdy nakłady nawozów mogą zostać zmniejszone. Ponieważ rolnictwo może obejmować wiele działań zakłócających glebę, zrozumienie biologii i ekologii EWs pomoże opracować strategie zarządzania, które mogą mieć wpływ na biotę gleby i wydajność upraw.

skróty

podziękowania

autorzy dziękują Pannie Rajani za pomoc laboratoryjną i Panu Navin za wsparcie logistyczne.