rolul râmelor în menținerea fertilității solului prin producerea de structuri biogene

rezumat

biota solului aduce beneficii productivității solului și contribuie la funcționarea durabilă a tuturor ecosistemelor. Ciclismul nutrienților este o funcție critică care este esențială pentru viața pe pământ. Râme (EWs) sunt o componentă majoră a comunităților faunei solului în majoritatea ecosistemelor și cuprind o proporție mare de macrofauna biomasă. Activitatea lor este benefică, deoarece poate spori ciclul nutrienților din sol prin încorporarea rapidă a detritusului în solurile minerale. În plus față de acest efect de amestecare, producția de mucus asociată cu excreția apei în intestinele râmei îmbunătățește, de asemenea, activitatea altor microorganisme benefice din sol. Aceasta este urmată de producția de materie organică. Deci, pe termen scurt, un efect mai semnificativ este concentrația unor cantități mari de nutrienți (N, P, K și Ca) care sunt ușor asimilabile de plante în depuneri turnate proaspete. În plus, viermii de pământ par să accelereze mineralizarea, precum și cifra de afaceri a materiei organice din sol. Râmele sunt cunoscute și pentru creșterea mineralizării azotului, prin efecte directe și indirecte asupra comunității microbiene. Transferul crescut de C și n organic în agregatele solului indică potențialul râmelor de a facilita stabilizarea și acumularea materiei organice din sol în sistemele agricole și că influența lor depinde în mare măsură de diferențele dintre practicile de gestionare a terenurilor. Această lucrare rezumă informații privind datele publicate cu privire la subiectele descrise.

1. Introducere

protecția habitatului solului este primul pas spre gestionarea durabilă a proprietăților sale biologice care determină calitatea și productivitatea pe termen lung. Este general acceptat faptul că biota solului beneficiază de productivitatea solului, dar se știe foarte puțin despre organismele care trăiesc în sol și despre funcționarea ecosistemului solului. Rolul râmelor (EWs) în fertilitatea solului este cunoscut încă din 1881, când Darwin (1809-1882) a publicat ultima sa carte științifică intitulată „formarea mucegaiului vegetal prin acțiunea viermilor cu observații asupra obiceiurilor lor.”De atunci, au fost întreprinse mai multe studii pentru a evidenția contribuția organismelor din sol la funcția durabilă a tuturor ecosistemelor . Macrofauna solului, cum ar fi EWs, modifică indirect mediul solului și al gunoiului prin acumularea structurilor lor biogene (mulaje, pelete, galerii etc.) (Tabelul 1). Ciclul nutrienților este o funcție critică a ecosistemului, care este esențială pentru viața de pe pământ. Studiile din ultimii ani au arătat un interes crescut pentru dezvoltarea sistemelor agricole productive, cu o eficiență ridicată a utilizării resurselor interne și, prin urmare, cu cerințe și costuri mai mici de intrare . În prezent, există dovezi din ce în ce mai mari că macroinvertebratele solului joacă un rol cheie în transformările SOM și dinamica nutrienților la diferite scări spațiale și temporale prin perturbare și producerea de structuri biogene pentru îmbunătățirea fertilității solului și a productivității solului . EWs sunt o componentă majoră a comunităților faunei solului în majoritatea ecosistemelor naturale ale tropicelor umede și cuprind o proporție mare de macrofauna biomasă . În solurile tropicale cultivate, unde materia organică este frecvent legată de fertilitate și productivitate, comunitățile de nevertebrate—în special EWs—ar putea juca un rol important în dinamica (SOM) prin reglarea proceselor de mineralizare și humificare .

1.1. Semnificația funcțională a râmelor

efectele EWs asupra proceselor biologice ale solului și nivelul fertilității diferă în categorii ecologice . Speciile anecice construiesc vizuini permanente în straturile minerale adânci ale solului; trag materia organică de pe suprafața solului în vizuinile lor pentru hrană. Speciile endogeice trăiesc exclusiv și construiesc vizuini extinse nepermanente în stratul mineral superior al solului, în principal materii minerale din sol ingerate și sunt cunoscute sub numele de „ingineri ecologici” sau „ingineri ecosistemici.”Produc structuri fizice prin care pot modifica disponibilitatea sau accesibilitatea unei resurse pentru alte organisme . Speciile epigeice trăiesc pe suprafața solului, nu formează vizuini permanente și, în principal, ingerează așternut și humus, precum și pe materia organică în descompunere și nu amestecă materia organică și anorganică . În majoritatea habitatelor și ecosistemelor (Tabelul 2), este de obicei o combinație a acestor categorii ecologice care, împreună sau individual, sunt responsabile pentru menținerea fertilității solurilor .

1.2. Rolul râmelor în disponibilitatea nutrienților în sol

EWs influențează furnizarea de nutrienți prin țesuturile lor, dar în mare parte prin activitățile lor de vizuină; produc agregate și pori (adică biostructuri) în sol și/sau pe suprafața solului, afectând astfel proprietățile sale fizice, ciclul nutrienților și creșterea plantelor . Structurile biogene constituie ansambluri de agregate organo-minerale. Stabilitatea lor și concentrația materiei organice influențează proprietățile fizice ale solului și dinamica SOM. Pe lângă acestea afectează unele procese ecologice importante ale solului în cadrul „domeniului lor funcțional”, unde concentrează substanțele nutritive și resursele care sunt exploatate în continuare de comunitățile de microorganisme din sol . Efectul EWs asupra dinamicii materiei organice variază în funcție de scalele de timp și spațiu luate în considerare . Activitatea EWs endogeice în mediul tropical umed accelerează cifra de afaceri inițială a SOM prin efecte indirecte asupra solului C ca factori determinanți ai activității microbiene. Datorită hrănirii selective a particulelor organice, conținutul intestinal este adesea îmbogățit în materie organică, nutrienți și apă în comparație cu solul în vrac și poate favoriza niveluri ridicate de activitate microbiană . S-a raportat că îmbunătățesc mineralizarea prin fragmentarea mai întâi a SOM și apoi amestecarea acestuia împreună cu particule minerale și microorganisme, creând astfel noi suprafețe de contact între SOM și microorganisme . Pe termen scurt, un efect mai semnificativ este concentrația unor cantități mari de nutrienți (N, P, K și Ca) care sunt ușor asimilabile de plante în depuneri turnate proaspete . Majoritatea acestor nutrienți sunt derivați din urină și mucus de râme . În solurile foarte levigate ale tropicelor umede, activitatea râmei este benefică datorită încorporării rapide a detritusului în soluri . În plus față de acest efect de amestecare, producția de mucus asociată cu excreția apei în intestinul râmei este cunoscută pentru a spori activitatea microorganismelor . Aceasta este urmată de producția de materie organică. Astfel, turnările proaspete prezintă un conținut ridicat de nutrienți (Tabelul 3). Caracteristicile chimice ale turnărilor diferă de cele ale solului neingestat și sunt bogate în nutrienți disponibili pentru plante. La depunerea turnată, produsele microbiene, pe lângă mucilagiile de râme, leagă particulele de sol și contribuie la formarea de agregate foarte stabile . Deși EWs poate accelera descompunerea inițială a reziduurilor organice , mai multe studii au indicat că pot stabiliza și SOM prin încorporarea și protecția sa în turnările lor . Pe perioade mai lungi de timp, această activitate microbiană îmbunătățită scade atunci când turnările se usucă, iar agregarea este apoi raportată pentru a proteja fizic SOM împotriva mineralizării. Astfel, rata de mineralizare C scade și mineralizarea SOM din turnări poate fi blocată timp de câteva luni . Ar putea deveni accesibil din nou pentru microflora odată ce acestea sunt degradate în fragmente mici . În plus, EWs par să accelereze mineralizarea, precum și cifra de afaceri A SOM . Mai mult, studiile au indicat, de asemenea, că materia organică din turnări, odată stabilizată, poate menține această stabilizare mulți ani . Cu toate acestea, mecanismele chimice pot contribui, de asemenea, la stabilizare, deoarece dovezile arată că turnările sunt ținute împreună prin interacțiuni puternice între particulele minerale de sol și SOM care sunt îmbogățite în polizaharide bacteriene și hife fungice . Turnările de râme sunt îmbogățite în C și n organice, depășind conținutul de C și N al solului care nu este ingerat cu un factor de 1,5 și, respectiv, 1,3 (Tabelul 4). Această îmbogățire apare în toate fracțiile de dimensiuni ale particulelor, fără a se limita la anumite dinamici ale compușilor organici ai unui sol cultivat . Aceste rezultate indică în mod clar implicarea directă a EWs în asigurarea protecției solului C în microagregate în cadrul macroagregatelor mari, ceea ce duce la o posibilă stabilizare pe termen lung a solului C (Tabelul 5). De asemenea, s-a raportat că EWs crește încorporarea c derivată din cultura de acoperire în macroagregate și, mai important, în microagregate formate în macroagregate. Transferul crescut de C și n organic în agregatele solului indică potențialul pentru EWs de a facilita stabilizarea și acumularea SOM în sistemele agricole .

EWs sunt cunoscute și pentru creșterea mineralizării azotului, prin efecte directe și indirecte asupra comunității microbiene (Tabelul 6). Studiile noastre privind rolul EWs în ciclarea azotului în timpul fazei de recoltare a schimbării agriculturii în nord-estul Indiei au arătat (Tabelul 7) că azotul total din sol pus la dispoziție pentru plante prin activitatea EWs a fost mai mare decât aportul total de azot în sol prin adăugarea de vegetație tăiată, gunoi de grajd anorganic și organic, reziduuri de culturi reciclate și buruieni . Un rol important al EWs este creșterea dramatică a pH-ului solului, observată prin studiile noastre în schimbarea agroecosistemului în nord-estul Indiei, într-un agroecosistem de terasă sedentar în Himalaya centrală și în agroecosistemul intensiv în câmpiile Indo-Gangetice. Acest lucru crește activitatea microbiană și fixarea N în sol, astfel încât azotul din turnarea viermilor se poate datora cel puțin parțial acestui lucru, mai degrabă decât concentrației prin viermi de câștig. Mineralizarea azotului prin microfloră este, de asemenea , destul de intensă în intestinul râmei și continuă timp de câteva ore în turnări proaspete, respectiv prin încorporarea materiei organice în sol și sau prin pășunatul comunității bacteriene. S-a constatat că EW-urile sporesc sau scad biomasa bacteriană și stimulează activitatea bacteriană . Cu toate acestea, influența EWs asupra ciclismului N pare să fie, de asemenea, determinată în mare măsură de tipul sistemului de recoltare și de îngrășământul aplicat (mineral versus organic). Diverse studii experimentale sugerează că EW-urile au consecințe potențial negative asupra studiilor de retenție a îngrășămintelor . Speciile de râme și interacțiunile speciilor prezente în sistem afectează, de asemenea, mineralizarea azotului și producția de culturi . Acest lucru poate duce la imobilizarea sau mineralizarea sporită a azotului în funcție de caracteristicile speciilor și de calitatea substratului. Prin urmare, revizuirea evidențiază efectele importante pe care EWs le au asupra proceselor ciclice C și N din agroecosisteme și că influența acestora depinde în mare măsură de diferențele dintre practicile de gestionare . În plus, EWs poate crește, de asemenea, disponibilitatea nutrienților în sistemele cu influență umană redusă și stare nutritivă scăzută, adică fără lucrare, utilizare redusă a îngrășămintelor minerale și conținut scăzut de materie organică . Rolul EWs în îmbunătățirea fertilității solului este cunoașterea antică, care este acum mai bine explicată prin rezultatele științifice rezultate din diferite studii. Acesta este un domeniu important de studiu în care cercetarea este direct legată de bunăstarea socială . Fiecare pas implicat necesită protocoale adecvate și rezultate reproductibile. Acesta este un mecanism de feedback în care tehnologia adoptată în domenii este îmbunătățită în continuare în laboratoare pe baza feedback-ului primit de la adoptatorii de tehnologie, astfel încât să ofere informații mai convingătoare adoptatorilor de tehnologie.

2. Nevoile viitoare de cercetare

majoritatea studiilor efectuate pentru a evalua rolul turnării râmei în ciclul nutrienților și structura solului sunt legate de speciile de turnare la suprafață și doar câteva s-au ocupat de turnările depuse în condiții de teren . Pentru a ajunge la o mai bună înțelegere a impactului ecologic al turnărilor din sol, evaluarea dinamicii nutrienților în cremele de râme și asupra efectului turnărilor din sol asupra creșterii plantelor ar fi de un ajutor imens. Pentru speciile de râme de turnare sub pământ, impactul ecologic al turnărilor lor subterane este probabil la fel de important ca și turnările lor de suprafață în raport cu disponibilitatea nutrienților, în special pentru gestionarea biologică a ecosistemelor degradate și perturbate. Prin urmare, este nevoie de mai multe cercetări în acest domeniu pentru a completa cunoștințele noastre despre rolul EWs în dinamica nutrienților, astfel încât să evoluăm strategii pentru tehnici de gestionare mai bună a solului.

3. Concluzii

având în vedere contribuția potențială a EWs la gestionarea fertilității solului, este necesar să le luăm în considerare în deciziile de gestionare a agroecosistemului. EWs poate afecta în mod specific fertilitatea solului, care poate avea o importanță deosebită pentru creșterea utilizării durabile a terenurilor în ecosistemele degradate în mod natural, precum și în agroecosisteme. Gestionarea corectă a râmei poate susține randamentele culturilor, în timp ce intrările de îngrășăminte ar putea fi reduse. Deoarece agricultura poate implica multe activități perturbatoare ale solului, înțelegerea biologiei și ecologiei EWs va ajuta la elaborarea strategiilor de gestionare care pot avea impact asupra biotei solului și a performanței culturilor.

abrevieri

mulțumiri

autorii mulțumesc domnișoara Rajani pentru asistență de laborator și Domnul Navin pentru sprijin logistic.