Roll daggmaskar i markens bördighet underhåll genom produktion av biogena strukturer

Abstract

jord biota gynnar markens produktivitet och bidrar till en hållbar funktion av alla ekosystem. Cykling av näringsämnen är en kritisk funktion som är avgörande för livet på jorden. Daggmaskar (EWs) är en viktig del av mark fauna samhällen i de flesta ekosystem och utgör en stor del av macrofauna biomassa. Deras aktivitet är fördelaktig eftersom den kan förbättra jordnäringscykeln genom den snabba införlivandet av detritus i mineraljord. Förutom denna blandningseffekt ökar slemproduktion i samband med utsöndring av vatten i daggmask också aktiviteten hos andra fördelaktiga jordmikroorganismer. Detta följs av produktion av organiskt material. Så på kort sikt är en mer signifikant effekt koncentrationen av stora mängder näringsämnen (N, P, K och Ca) som lätt kan assimileras av växter i färska gjutna avlagringar. Dessutom verkar daggmaskar påskynda mineraliseringen såväl som omsättningen av organiskt material i jorden. Daggmaskar är också kända för att öka kvävemineraliseringen genom direkta och indirekta effekter på det mikrobiella samhället. Den ökade överföringen av organiska C och N till jordaggregat indikerar potentialen för daggmaskar för att underlätta stabilisering och ackumulering av organiskt material i jordbrukssystem och att deras inflytande i hög grad beror på skillnader i markhanteringsmetoder. Denna uppsats sammanfattar information om publicerade data om de beskrivna ämnena.

1. Inledning

skydd av markens livsmiljö är det första steget mot hållbar förvaltning av dess biologiska egenskaper som bestämmer långsiktig kvalitet och produktivitet. Det är allmänt accepterat att jordbiota gynnar markproduktiviteten men mycket lite är känt om de organismer som lever i jorden och hur markekosystemet fungerar. Daggmaskarnas roll i jordens bördighet är känd sedan 1881, då Darwin (1809-1882) publicerade sin senaste vetenskapliga bok med titeln ”bildandet av vegetabilisk mögel genom maskarnas verkan med observationer om deras vanor.”Sedan dess har flera studier gjorts för att lyfta fram markorganismernas bidrag till den hållbara funktionen hos alla ekosystem . Jordmakrofauna, såsom EWs, modifierar jord-och kullmiljön indirekt genom ackumulering av deras biogena strukturer (gjutningar, pellets, gallerier etc.) (Tabell 1). Cykling av näringsämnen är en kritisk ekosystemfunktion som är avgörande för livet på jorden. Studier under de senaste åren har visat ökat intresse för utveckling av produktiva jordbrukssystem med hög effektivitet i intern resursanvändning och därmed lägre insatskrav och kostnader . För närvarande finns det ökande bevis för att markmakroinvertebrater spelar en nyckelroll i som-omvandlingar och näringsdynamik vid olika rumsliga och tidsmässiga skalor genom störning och produktion av biogena strukturer för förbättring av markens bördighet och markproduktivitet . EWs är en viktig del av markfaunasamhällen i de flesta naturliga ekosystem i de fuktiga tropikerna och utgör en stor del av makrofaunabiomassa . I odlade tropiska jordar, där organiskt material ofta är relaterat till fertilitet och produktivitet, kan samhällen av ryggradslösa djur—särskilt EWs—spela en viktig roll i (SOM) dynamik genom reglering av mineraliserings-och humifieringsprocesserna .

1.1. Funktionell betydelse av daggmaskar

effekterna av EWs på jordens biologiska processer och fertilitetsnivå skiljer sig åt i ekologiska kategorier . Anecic arter bygga permanenta hålor i de djupa minerallagren i jorden; de drar organiskt material från markytan i sina hålor för mat. Endogeic arter lever exklusivt och bygga omfattande nonpermanent hålor i den övre mineralskiktet av jord, huvudsakligen intas mineraljord Materia, och är kända som ”ekologiska ingenjörer,” eller ”ekosystem ingenjörer.”De producerar fysiska strukturer genom vilka de kan ändra tillgängligheten eller tillgängligheten för en resurs för andra organismer . Epigeiska arter lever på markytan, bildar inga permanenta hålor och äter främst kull och humus, liksom på ruttnande organiskt material och blandar inte organiskt och oorganiskt material . I de flesta livsmiljöer och ekosystem (Tabell 2) är det vanligtvis en kombination av dessa ekologiska kategorier som tillsammans eller individuellt ansvarar för att upprätthålla jordens bördighet .

1.2. Daggmaskarnas roll i tillgången på näringsämnen till jord

EWs påverkar tillförseln av näringsämnen genom sina vävnader men till stor del genom deras grävande aktiviteter; de producerar aggregat och porer (dvs. biostrukturer) i jorden och/eller på markytan, vilket påverkar dess fysikaliska egenskaper, näringscykling och växttillväxt . De biogena strukturerna utgör sammansättningar av organiska mineralaggregat. Deras stabilitet och koncentrationen av organiskt material påverkar markens fysikaliska egenskaper och som-dynamik. Dessutom påverkar de några viktiga markekologiska processer inom deras” funktionella domän ” där de koncentrerar näringsämnen och resurser som ytterligare utnyttjas av markmikroorganismsamhällen . Effekten av EWs på dynamiken i organiskt material varierar beroende på tids-och rymdskalor som beaktas . Aktiviteten hos endogeic EWs i den fuktiga tropiska miljön accelererar initial SOM-omsättning genom indirekta effekter på mark C som determinanter för mikrobiell aktivitet. På grund av selektiv foder av organiska partiklar berikas tarminnehållet ofta i organiskt material, näringsämnen och vatten jämfört med bulkjord och kan främja höga nivåer av mikrobiell aktivitet . De har rapporterats förbättra mineraliseringen genom att först fragmentera SOM och sedan blanda den tillsammans med mineralpartiklar och mikroorganismer, och därigenom skapa nya kontaktytor mellan SOM och mikroorganismer . På kort sikt är en mer signifikant effekt koncentrationen av stora mängder näringsämnen (N, P, K och Ca) som lätt kan assimileras av växter i färska gjutna avlagringar . De flesta av dessa näringsämnen härrör från daggmask urin och slem . I mycket lakade jordar i fuktiga tropiker är daggmaskaktivitet fördelaktig på grund av snabb införlivande av detritus i marken . Förutom denna blandningseffekt är slemproduktion associerad med utsöndring av vatten i daggmask tarmen känd för att förbättra aktiviteten hos mikroorganismer . Detta följs av produktion av organiskt material. Så färska gjutningar visar högt näringsinnehåll (tabell 3). De kemiska egenskaperna hos gjutningar skiljer sig från icke-testad jord och är rika på växttillgängliga näringsämnen. Vid gjuten avsättning binder mikrobiella produkter, förutom daggmaskmucilage, jordpartiklar och bidrar till bildandet av mycket stabila aggregat . Även om EWs kan påskynda den initiala nedbrytningen av organiska rester , har flera studier visat att de också kan stabilisera SOM genom dess införlivande och skydd i sina gjutningar . Under längre tidsperioder minskar denna förbättrade mikrobiella aktivitet när gjutningarna torkar och aggregering rapporteras sedan för att fysiskt skydda SOM mot mineralisering. Således minskar C-mineraliseringshastigheten och mineralisering av SOM från gjutningar kan blockeras i flera månader . Det kan bli tillgängligt igen för mikrofloran när dessa bryts ned i små fragment . Dessutom verkar EWs påskynda mineraliseringen såväl som omsättningen av SOM . Dessutom har studier också visat att organiskt material i gjutningarna, när de stabiliserats, kan upprätthålla denna stabilisering i många år . Icke desto mindre kan kemiska mekanismer också bidra till stabiliseringen eftersom bevis visar att gjutningarna hålls samman av starka interaktioner mellan mineraljordpartiklar och SOM som är berikade i bakteriella polysackarider och svamphyfer . Daggmaskgjutningar berikas i organiska C och N, vilket överstiger C-och N-innehållet i den icke-intagna jorden med en faktor 1,5 respektive 1,3 (Tabell 4). Denna anrikning förekommer i alla partikelstorleksfraktioner, inte begränsade till viss organisk föreningsdynamik i en odlad jord . Dessa resultat indikerar tydligt att EWs direkt involverat i att skydda mark C i mikroaggregat inom stora makroaggregat vilket leder till en möjlig långsiktig stabilisering av mark C (Tabell 5). Det har också rapporterats att EWs ökar införlivandet av täckgrödor härledda C i makroaggregat, och viktigare, i mikroaggregat bildade inom makroaggregat. Den ökade överföringen av organiska C och N till jordaggregat indikerar potentialen för EWs att underlätta SOM-stabilisering och ackumulering i jordbrukssystem .

EWs är också kända för att öka kvävemineraliseringen genom direkta och indirekta effekter på det mikrobiella samhället (Tabell 6). Våra studier om EWs roll i kvävecykeln under beskärningsfasen av skiftande jordbruk i nordöstra Indien visade (Tabell 7) att det totala jordkvävet som gjordes tillgängligt för växter genom EWs aktivitet var högre än den totala kvävetillförseln till jorden genom tillsats av skurits vegetation, oorganisk och organisk gödsel, Återvunna grödorester och ogräs . En viktig roll för EWs är den dramatiska ökningen av markens pH som observerats genom våra studier i skiftande agroecosystem i nordöstra Indien, i en stillasittande terrass agroecosystem i centrala Himalaya, och i intensiv agroecosystem i Indo-Gangetic slätter. Detta ökar mikrobiell aktivitet och n fixering i jorden, så att kväve i maskgjutet kan bero åtminstone delvis på detta snarare än på koncentration genom att få maskar. Kvävemineralisering genom mikroflora är också ganska intensiv i daggmaskens tarm och fortsätter i flera timmar i färska gjutningar , genom att införliva organiskt material i jorden och eller genom att beta bakteriegemenskapen. EWs har visat sig antingen förbättra eller minska bakteriell biomassa och stimulera bakteriell aktivitet . Påverkan av EWs på N-cykling verkar emellertid också i stor utsträckning bestämmas av beskärningssystemtyp och det applicerade gödselmedlet (mineral kontra organiskt). Olika experimentella studier tyder på att EWs har potentiellt negativa konsekvenser för fertilizer-N retention studier . Daggmaskarterna och artinteraktionerna som finns i systemet påverkar också kvävemineralisering och växtproduktion . Detta kan resultera i förbättrad kväve immobilisering eller mineralisering beroende på artens egenskaper och substratkvalitet. Granskningen belyser således de viktiga effekter som EWs har på C-och N-cykelprocesser i agroekosystem och att deras inflytande i hög grad beror på skillnader i förvaltningspraxis . Vidare kan EWs också öka tillgången på näringsämnen i system med minskat mänskligt inflytande och låg näringsstatus, det vill säga ingen jordbearbetning, minskad användning av mineralgödsel och lågt organiskt materialinnehåll . EWs roll för att förbättra markens fertilitet är gammal kunskap som nu bättre förklaras av vetenskapliga resultat från olika studier. Detta är ett viktigt ämnesområde där forskningen är direkt kopplad till den sociala välfärden . Varje involverat steg kräver lämpliga protokoll och reproducerbara resultat. Detta är en återkopplingsmekanism där den teknik som antagits inom områdena förbättras ytterligare i laboratorierna baserat på feedback från teknikanvändarna för att ge mer övertygande information till teknikanvändare.

2. Framtida forskningsbehov

de flesta studier som genomförts för att bedöma rollen av daggmaskgjutning i näringscykling och markstruktur är relaterade till ytgjutningsarter, och endast ett fåtal har behandlat gjutningar deponerade under fältförhållanden . För att nå en bättre förståelse för den ekologiska effekten av gjutningar i marken skulle bedömningen av näringsdynamiken i daggmaskhålor och effekten av gjutningar i marken på växttillväxt vara till stor hjälp. För underjordiska gjutmaskarter är den ekologiska effekten av deras underjordiska gjutningar sannolikt lika viktig som deras ytgjutningar i förhållande till tillgången på näringsämnen, särskilt för biologisk hantering av försämrade och störda ekosystem. Därför behövs mer forskning inom detta område för att slutföra vår kunskap om EWs roll i näringsdynamiken för att utveckla strategier för bättre markhanteringstekniker.

3. Slutsatser

med tanke på EWs: s potentiella bidrag till markens fertilitetshantering är det nödvändigt att överväga dem i agroekosystemhanteringsbeslut. EWs kan specifikt påverka markens bördighet som kan vara av stor betydelse för att öka hållbar markanvändning i naturligt försämrade ekosystem samt agroekosystem. Korrekt hantering av daggmask kan upprätthålla grödor medan gödningsinsatser kan minskas. Eftersom jordbruk kan innebära många jordstörande aktiviteter, kommer förståelsen för biologi och ekologi hos EWs att hjälpa till att utforma förvaltningsstrategier som kan påverka markbiota och grödans prestanda.

förkortningar

bekräftelser

författarna tackar Fröken Rajani för laboratorieassistans och Herr Navin för logistiskt stöd.