创新农业实践的影响土壤微生物群落的碳封存
瓦Ventorino,安娜德马科Olimpia佩佩,阿玛莉亚Virzo德圣和吉安卡洛Moschetti
本章抽象处理对土壤微生物的影响创新管理技术提高碳封存。在MESCOSAGR项目,不同领域治疗的效果在轮到pedo——三个实验网站不同的调查气候特点。一些微生物参数进行评估来描述土壤微生物群落的组成参与碳循环,以及评估微生物生物量和活动。结果表明,两种堆肥和催化剂领域修正案玉米或小麦影响下土壤微生物动力学和活动,虽然没有被有害的微生物群落。
6.1微生物在土壤中
大量的微生物存在于土壤和发挥多种功能有助于生态层面流程和维护陆地生态系统的初级生产力。土壤微生物的生长和新陈代谢可以改变土壤矿物成分的溶解度和修改土壤结构。此外,微生物能降解有机化合物和释放营养物质,从而调节植物营养物质循环和可用性。土壤微生物活动负责大部分的呼吸,因此包括的耗氧量和二氧化碳排放,和固定的养分在土壤微生物生物量。土壤中的微生物导致的过程
Dipartimento di Scienza degli Alimenti,经济特区。di Microbiologia Agraria,意大利那不勒斯费德里科•II,那不勒斯,意大利
di Dipartimento di Biologia Strutturale e Funzionale,意大利那不勒斯费德里科•II,那不勒斯,意大利g . Moschetti (*)
di Dipartimento DEMETRA,意大利巴勒莫、巴勒莫、意大利电子邮件:(电子邮件保护)
施肥》(主编),农业土壤固碳,
DOI 10.1007 / 978 - 3 - 642 - 23385 - 2 - _6,©斯普林格出版社柏林海德堡2012年版
土壤腐殖质碳封存的分数,因为他们变换死亡的有机物在这样一个顽固的池。此外,微生物活动负责其它基本的生物过程,其中固氮。在缺乏土壤微生物,生化转换停止和生态系统的可持续性是濒危(万尼和李1995)。
虽然在自然土壤微生物C不超过总数的1 - 2%土壤C(保罗和克拉克1989年),它是由一个巨大的各种各样的生物的分类和多样性差已知相比地上生物(巴et al . 2007年)。土壤微生物群落是特别复杂,估计包含超过4000种不同的基因相当于在一个克土壤(Torsvik et al . 1990年)。然而,土壤中微生物种类不丰富,最有可能的,因为他们的生存条件和经济增长是有限的几个网站,特定的环境因素、理化特性和养分可用性发生。土壤是一个非常异构环境包括固体、气体和液体阶段。微生物过程发生在土壤团聚体的规模,它本质上是一种多孔结构,不同时空上。因为土壤有机质位于土壤总量是身体免受生物降解,总量提高固碳和土壤结构稳定性(六et al . 2000年)。微生物动力学影响土壤结构和土壤总量内孔隙大小分布。细菌是限制生长和饲料的暴露表面有机物和/或无机粒子。真菌穿透大块的有机物质,因此可以扩展他们的菌丝为厘米甚至米土壤。细菌和真菌的位置影响他们的活动以及他们的生存捕食。 The larger size of fungi may make them more vulnerable to predation, whilst small pores provide refuge for bacteria against predators (Six et al. 2006).
工厂负责土壤有机碳的影响很大,因此成为土壤中微生物的主要决定因素通过复杂的食物网的碎片。人们已经发现,地上植物群落的类型影响的成分地下的在自然生态系统土壤微生物群落(雷诺兹et al . 1997;象牙海岸et al . 2000;Smolander和Kitunen 2002;Rutigliano et al . 2004年),以及半自然草原(辛格et al . 2009年)和在农业生态系统(马斯纳et al . 2001;荷得拉得2002)。此外,丛枝mycor-rhizal真菌需要植物宿主生存。
因此,植物影响土壤中细菌和真菌的空间分布(柯克et al . 2004年)。该网站最土的活动-土界面,或根际。根系影响土壤结构、曝气和生物活性和深深影响土壤微生物群落在他们附近,人口密度大大增加细菌和真菌(买家et al . 2002;马斯纳et al . 2002年)。植物可能分配40%的同化碳地下的根是土壤有机质的主要来源到周围通过根碎片和渗出液。分泌物是由糖(50 - 70%),羧酸(20 - 30%)和氨基酸(10 - 20%),即富含碳的基质,能够调节顽固的土壤有机碳分解通过控制活动和相对丰富的真菌和细菌(Cheng et al . 2003;格拉夫et al . 2010年)。
图6.1生活真菌菌丝荧光显微镜观察到治疗后的生存能力染色荧光素二乙酸(FDA)
图6.1生活真菌菌丝荧光显微镜观察到治疗后的生存能力染色荧光素二乙酸(FDA)
土壤生物、放线菌、真菌(图6.1)和细菌是新陈代谢最丰富和最活跃的。细菌和真菌通常包括> 90%的土壤微生物生物量和总负责大部分土壤有机质分解(6 et al . 2006年)。真菌吸收土壤C的生物量比细菌和真菌细胞壁更顽固的细菌细胞壁。因此,碳封存可能是更大的比那些在土壤由真菌社区社区是由细菌(6 et al . 2006年)。此外,放线菌、真菌和细菌包括有机体(如有氧和厌氧纤维素分解细菌),能够降解纤维素和木质素(麦卡锡和威廉姆斯1992;惠灵顿和托斯1994;伯格和McClaugherty 2008)。事实上,植物生物聚合物的降解是碳循环的基本步骤,这个过程是土壤中重要的系统。由于植物是最相关的土壤中碳提供者和纤维素和木质素是最丰富的成分的植物组织,他们因此代表了最大的碳源土壤。微生物植物聚合物转化为简单的化合物,然后提供给其他micro-bial人口,和/或稳定的腐殖质物质。矿化过程的代谢消耗的聚合物最终副产品产生二氧化碳排放到大气中。此外,土壤中放线菌调节微生物的平衡通过生产抗生素、益生菌刺激微生物和植物的生长。
真菌在许多土壤微生物过程中发挥核心作用从而影响植物群落和土壤生态系统的结构和功能。真菌是非常多元化的,在结构上和功能上,并采用不同的营养策略,因为它们发生在腐生生物,共生体,病原体。个人真菌通常可以同时在不同的基质,如活的还是死的植物组织,伍迪碎片,土壤动物和矿物基质,从而使物质的转移。丝状真菌负责分解有机物质(如木质素降解)和养分循环(帕金森1994;范Elsas et al . 2007年)和他们的活动是至关重要的在调节植物生长的养分的可用性。此外,为线虫真菌是食物,螨,和其他更大的土壤生物,也捕食者或其他土壤生物的寄生虫。
6.2农业管理对土壤微生物群落的影响
农业管理产生扰动土壤的非生物和生物组件。最负面影响是土壤有机质(SOM)的损失(Balesdent et al . 1999),随之增加,土壤侵蚀和土壤结构稳定性下降(Bronick和赖2005)和生育能力。在农业生态系统中,土壤退化的结果是不可持续的技术旨在提高产量在短期内没有关注土壤资源的保护。农业用地管理,如种植制度(Kuske et al . 2002年)和耕作系统(Peixoto et al . 2006年)可能会影响土壤特性,包括物理、化学和生物学性质和过程。已经观察到,耕作减少土壤微生物种群(Ibekwe et al . 2002年)和不同的酶的活动(Carpenter-Boggs et al . 2003年)。身体耕作对真菌有灾难性的影响,因为它打破了菌丝,严重损害菌丝,因此因此阻碍土壤总量的稳定的粒子被真菌菌丝暂时性的绑定在一起。六et al。(2006)表明,免耕提高真菌生物量与顺向定量和定性SOM的改进,是由于真菌总稳定的积极影响。
其他农业技术,例如最低耕作,已经发展到逐步恢复土壤有机质改善土壤质量(Lu et al . 2000年)。在长期的耕作实验比较两种气候梯度,弗雷et al .(1999)观察到,为了减少耕作真菌生物量和真菌/细菌生物量增加网站。因此,集中管理的农业生态系统,如免耕实践与管理,更像是自然生态系统,这是由真菌(贝利et al . 2002年)。另一方面,精耕细作导致进步的SOM损耗顺向微生物生物量减少,微生物多样性和减少损失微生物的活动(Bastida et al . 2006年)。巴克利和施密特(2001)进行了大规模的实验复制块在不同的管理体制从传统耕作年度种植制度被遗弃的字段。耕作的影响,施肥,植物群落组成结构的微生物群落进行了评估。他们发现微生物群落明显不同领域之间从来没有培养和长期培养的历史。然而,微生物群落结构非常相似的情节,共享一个长期栽培的历史,尽管不同的植物群落组成、化学输入、耕作和生产力。他们认为,微生物群落对土壤特性,需要长时间从干扰中恢复过来。事实上,有机碳和氮的池可以减少长期农业实践和恢复可能需要数十年甚至数百年农业文明的水平。研究不同处理土壤质量与土地利用在意大利南部,Marzaioli et al。(2010)报告说,土壤质量评价的一套参数包括微生物指标,被永久的作物管理强烈和负面影响。适度的放牧活动,以及作物管理包括地膜覆盖对土壤,降低负面影响。此外,这些作者发现放弃耕地,灌木地随之发展,产生一个改善土壤质量,因此建议良好的恢复能力。
微生物也影响受精(马斯纳et al . 2003),直接或间接地。钟和Cai(2007)表明,P和N的长期应用间接影响土壤中微生物参数通过增加作物产量和促进SOM积累。化肥用于农业生产系统包括矿物(尿素、硝酸铵、硫酸盐和磷酸盐)和有机(动物肥料、有机固体和堆肥)肥料。堆肥材料千差万别的干燥和有机质含量等特点,pH值,碳和氮含量、植物残体和微生物群落组成。应用堆肥土壤是用来改善土壤肥力和结构,因为它增加了碳,氮,磷含量土壤(哈氏et al . 2000;Filcheva和Tsadilas 2002;Adediran et al . 2003年)和有助于土壤总量的稳定(布莱松et al . 2001;Barzegar et al . 2002年)。尽管堆肥修改材料的起源和应用利率不同,有机土壤通常导致修正案增加了土壤中微生物增殖(Bunemann et al . 2006年)。事实上,organic-matter-rich修正案也被用来刺激土壤微生物区系和退化干旱的环境(这个名字et al . 2001;Ros et al . 2003年)。然而,堆肥修正案也可能导致负面影响通过改变微生物生物量、尺寸、功能、和多样性,如果存在污染物残留毒性水平(戈麦斯1998;Zheljazkov和Warman 2003)。然而,土壤微生物的反应通常是瞬态(Calbrix et al . 2007年)和微生物特性可以在几年内回到基线(Speir et al . 2003;加西亚吉尔et al . 2004年)根据自然有机的修正案和水平的堆肥的应用程序(Albiach et al . 2000;Garcia-Gil et al . 2000年)。
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