Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá so sánh các chỉ số sức khỏe đất trong phản ứng với hệ thống sử dụng đất rừng và silvopasture
Tóm tắt
Sự thay đổi trong các hệ thống sử dụng đất do các thực tiễn quản lý mới và không gian nông nghiệp bị hạn chế dẫn đến một sự chuyển biến lớn trong sức khỏe đất. Thành phần cộng đồng vi sinh vật trong đất, hoạt động enzyme và các thuộc tính lý hóa của đất được coi là những chỉ số quan trọng của sức khỏe đất. Nghiên cứu trước đây đã tập trung vào sức khỏe đất trong phản ứng với các hệ thống sử dụng đất chính như rừng, đồng cỏ, và đất canh tác. Tuy nhiên, phản ứng của các chỉ số sức khỏe đất, cụ thể là các chỉ số sinh học đối với các hệ thống silvopasture vẫn chưa được đề cập đầy đủ. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu của chúng tôi là đánh giá tác động của các hệ thống sử dụng đất silvopasture (SPS) và rừng (WS) đối với các chỉ số sức khỏe đất. Địa điểm nghiên cứu bao gồm silvopasture 5 năm tuổi từ thông phía nam phát triển từ rừng hiện có và các lô rừng hỗn hợp thông phía nam/cây gỗ cứng 13 năm tuổi. Mẫu đất đã được thu thập và phân tích cho phân tích vi sinh vật sử dụng nền tảng giải trình tự thế hệ tiếp theo MiSeq, xét nghiệm enzyme sử dụng phương pháp phát quang vi thể, và các thuộc tính lý hóa của đất. Chúng tôi đã quan sát thấy carbon hữu cơ trong đất (2.6 ± 0.12%), tổng nitơ (0.09 ± 0.002%), photpho Mehlich (26.9 ± 3.09 mg kg−1), nitrat (4.8 ± 0.24 mg kg−1), và pH (6.5 ± 0.10) cao một cách đáng kể trong SPS. SPS có hoạt động phosphatase axit (169.5 ± 6.59), phosphatase kiềm (43.6 ± 3.39), phosphodiesterase (10.5 ± 0.71) và β-glucosidase (61.7 ± 3.34) cao hơn đáng kể, được đo bằng nmol g−1 hr−1, so với WS. Proteobacteria, Actinobacteria và Acidobacteria là các nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế nhất trong khi Ascomycota và Basidiomycota là các nhóm nấm chiếm ưu thế nhất trong cả hai hệ thống. Sự phong phú tương đối của Proteobacteria (43.3%) cao hơn đáng kể trong SPS trong khi Acidobacteria (17.5%) cao hơn đáng kể trong hệ thống rừng (WS). Tương tự, Basidiomycota chiếm ưu thế (p < 0.0001) trong WS trong khi SPS chiếm ưu thế bởi Ascomycota (p < 0.0001). Độ đa dạng vi sinh vật và cộng đồng vi sinh vật ở cấp độ lớp và chi cũng bị ảnh hưởng bởi SPS. Copiotrophs và phytopathogens cao hơn trong SPS trong khi oligotrophs, các chất phân hủy và ectomycorrhizae cao hơn trong WS. Kết luận, nghiên cứu của chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng mạnh mẽ rằng sự cung cấp dinh dưỡng và thành phần thực vật trong SPS thông phía nam dẫn đến sự thay đổi trong các thuộc tính lý hóa của đất, từ đó gây ra sự chuyển biến trong thành phần cộng đồng vi sinh vật trong những hệ thống này được xác định bởi phân tích thành phần chính.
Từ khóa
#sức khỏe đất #silvopasture #cộng đồng vi sinh vật #enzyme #thuộc tính lý hóa đấtTài liệu tham khảo
Acosta-Martínez V, Cruz L, Sotomayor-Ramírez D, Pérez-Alegría L (2007) Enzyme activities as affected by soil properties and land use in a tropical watershed. Appl Soil Ecol 35:35–45
An SS, Huang YM, Zheng FL (2009) Evaluation of soil microbial indices along a revegetation chronosequence in grassland soils on the Loess Plateau, Northwest China. Appl Soil Ecol 41:286–292
Bagyaraj D, Thilagar G, Ravisha C, Kushalappa CG, Krishnamurthy K, Vaast P (2015) Belowground microbial diversity as influenced by coffee agroforestry systems in the Western Ghats, India. Agric Ecosyst Environ 202:198–202
Ball DM, Hoveland CG, Lacefield GD (2007) History of Southern forage crops. International Plant Nutrition Institute (IPNI), Norcross, GA, pp 1–7
Barrios E (2007) Soil biota, ecosystem services and land productivity. Ecol Econ 64:269–285
Bünemann EK, Bongiorno G, Bai Z, Creamer RE, De Deyn G, de Goede R, Fleskens L, Geissen V, Kuyper TW, Mäder P (2018) Soil quality–a critical review. Soil Biol Biochem 120:105–125
de Castro AP, Quirino BF, Pappas G, Kurokawa AS, Neto EL, Krüger RH (2008) Diversity of soil fungal communities of Cerrado and its closely surrounding agriculture fields. Arch Microbiol 190(2):129
de Castro A, Lopes A, Gomes de Sousa DM, Chaer GM, dos Reis B, Junior F, Goedert WJ, de Carvalho MI (2013) Interpretation of microbial soil indicators as a function of crop yield and organic carbon. Soil Sci Soc of Am J 77(2):461–472
Cerqueira A, Silva T, Nunes A, Nunes D, Lobato L, Veloso T, De Paula S, Kasuya M, Silva C (2018) Amazon basin pasture soils reveal susceptibility to phytopathogens and lower fungal community dissimilarity than forest. Appl Soil Ecol 131:1–11
Chaparro JM, Sheflin AM, Manter DK, Vivanco JM (2012) Manipulating the soil microbiome to increase soil health and plant fertility. Biol Ferti Soils 48:489–499
Colombo B, Giazzi G (1982) Total automatic nitrogen determination. Am Lab 14:38–45
Dai Z, Su W, Chen H, Barberán A, Zhao H, Yu M, Yu L, Brookes PC, Schadt CW, Chang SX (2018) Long-term nitrogen fertilization decreases bacterial diversity and favors the growth of Actinobacteria and Proteobacteria in agro-ecosystems across the globe. Global Change Biol 24:3452–3461
Dakora FD, Phillips DA (2002) Root exudates as mediators of mineral acquisition in low-nutrient environments. Food Security in Nutrient-Stressed Environments: Exploiting Plants’ Genetic Capabilities, Springer, pp 201–213
Deng S, Kang H, Freeman C (2011) Microplate fluorimetric assay of soil enzymes. In: Dick RP (ed) Methods in soil enzymology. Madison, SSSA Book Series no. 9, SSSA, Madison, pp 311–318
Dick LK, Jia G, Deng S, Dick RP (2013) Evaluation of microplate and bench-scale β-glucosidase assays for reproducibility, comparability, kinetics, and homogenization methods in two soils. Biol Fert Soils 49(8):1227–1236
Fierer N, Lauber CL, Ramirez KS, Zaneveld J, Bradford MA, Knight R (2012) Comparative metagenomic, phylogenetic and physiological analyses of soil microbial communities across nitrogen gradients. ISME J 6:1007
German DP, Weintraub MN, Grandy AS, Lauber CL, Rinkes ZL, Allison SD (2011) Optimization of hydrolytic and oxidative enzyme methods for ecosystem studies. Soil Biol Biochem 43(7):1387–1397
Guo X, Chen HY, Meng M, Biswas SR, Ye L, Zhang J (2016) Effects of land use change on the composition of soil microbial communities in a managed subtropical forest. For Ecol Manag 373:93–99
Jian S, Li J, Chen J, Wang G, Mayes MA, Dzantor KE, Hui D, Luo Y (2016) Soil extracellular enzyme activities, soil carbon and nitrogen storage under nitrogen fertilization: A meta-analysis. Soil Biol Biochem 101:32–43
Karaca A, Cetin SC, Turgay OC, Kizilkaya R (2011) Soil enzymes as indication of soil quality. In: Shukla G, Varma A (ed) Soil enzymology, soil biology, vol 22, Springer, Berlin, pp 119–148
Kasel S, Bennett LT, Tibbits J (2008) Land use influences soil fungal community composition across central Victoria, south-eastern Australia. Soil Biol Biochem 40:1724–1732
Konstantinidis KT, Tiedje JM (2005) Genomic insights that advance the species definition for prokaryotes. Proc Natl Acad Sci 102:2567–2572
Lange M, Eisenhauer N, Sierra CA, Bessler H, Engels C, Griffiths RI, Mellado-Vázquez PG, Malik AA, Roy J, Scheu S (2015) Plant diversity increases soil microbial activity and soil carbon storage. Nat Commun 6:6707
Lauber CL, Strickland MS, Bradford MA, Fierer N (2008) The influence of soil properties on the structure of bacterial and fungal communities across land-use types. Soil Biol Biochem 40:2407–2415
Leff JW, Jones SE, Prober SM, Barberán A, Borer ET, Firn JL, Harpole WS, Hobbie SE, Hofmockel KS, Knops JM (2015) Consistent responses of soil microbial communities to elevated nutrient inputs in grasslands across the globe. Proc Natl Acad Sci 112:10967–10972
Lupwayi N, Rice W, Clayton G (1998) Soil microbial diversity and community structure under wheat as influenced by tillage and crop rotation. Soil Biol Biochem 30:1733–1741
Martin TD, Creed JT, Brockhoff CA (1994) Method 200.2 (Revision 2.8): Sample preparation procedure for spectrochemical determination of total recoverable elements. Methods for the Determination of Metals in Environmental Samples. USEPA, Cincinnati, OH
Peter M, Ayer F, Egli S (2001) Nitrogen addition in a Norway spruce stand altered macromycete sporocarp production and below-ground ectomycorrhizal species composition. New Phytol 149:311–325
Poudel S, Karki U, Karki Y, Tillman A (2019) Diurnal behavior of Kiko wethers in southern-pine silvopastures planted with warm-season forages. Small Ruminant Res 175:1–6. https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.2019.03.005
Poudel S, Karki U, McElhenney W, Karki Y, Tillman A (2019) Behavior and distribution patterns of Katahdin rams in southern-pine silvopastures with cool-season forages. Agrofor Syst 93(5):1887–1896. https://doi.org/10.1007/s10457-018-0294-7
Puissant J, Cécillon L, Mills RT, Robroek BJ, Gavazov K, De Danieli S, Spiegelberger T, Buttler A, Brun JJ (2015) Seasonal influence of climate manipulation on microbial community structure and function in mountain soils. Soil Biol Biochem 80:296–305
Rachid CT, Balieiro FC, Fonseca ES, Peixoto RS, Chaer GM, Tiedje JM, Rosado AS (2015) Intercropped silviculture systems, a key to achieving soil fungal community management in Eucalyptus plantations. PLoS ONE 10:e0118515
Ravi RK, Walton K, Khosroheidari M (2018) MiSeq: a next generation sequencing platform for genomic analysis. In Disease Gene Identificatio. Humana Press, New York, pp 223–232
Regan KM, Nunan N, Boeddinghaus RS, Baumgartner V, Berner D, Boch S, Oelmann Y, Overmann J, Prati D, Schloter M (2014) Seasonal controls on grassland microbial biogeography: are they governed by plants, abiotic properties or both? Soil Biol Biochem 71:21–30
Sala OE, Chapin FS, Armesto JJ, Berlow E, Bloomfield J, Dirzo R, Huber-Sanwald E, Huenneke LF, Jackson RB, Kinzig A (2000) Global biodiversity scenarios for the year 2100. Science 287:1770–1774
Saviozzi A, Levi-Minzi R, Cardelli R, Riffaldi R (2001) A comparison of soil quality in adjacent cultivated, forest and native grassland soils. Plant Soil 233:251–259
Schulte E, Hopkins B (1996) Estimation of soil organic matter by weight loss‐on‐ignition. In: Magdoff FR (ed) Soil organic matter: Analysis and interpretation. SSSA Spec. Publ. 46. SSSA, Madison, WI, pp 21–31
Shange RS, Ankumah RO, Ibekwe AM, Zabawa R, Dowd SE (2012) Distinct soil bacterial communities revealed under a diversely managed agroecosystem. PLoS ONE 7:e40338
Sharrow SH, Brauer D, Clason TR (2009) Silvopastoral practices. North American Agroforestry: An integrated science and practice, 2nd edn. American Society of Agronomy, Madison, WI, pp 105–31
Shi L-L, Mortimer PE, Slik JF, Zou X-M, Xu J, Feng W-T, Qiao L (2014) Variation in forest soil fungal diversity along a latitudinal gradient. Fungal Divers 64:305–315
Siles JA, Cajthaml T, Minerbi S, Margesin R (2016) Effect of altitude and season on microbial activity, abundance and community structure in Alpine forest soils. FEMS Microbiol Ecol. https://doi.org/10.1093/femsec/fiw008
Stanley TE, Gonzalez JM, Neel JP (2008) Conversion of deciduous forest to silvopasture produces soil properties indicative of rapid transition to improved pasture. Agrofor Syst 74:267
Stockdale EA, Cookson WR (2003) Sustainable farming systems and their impact on soil biological fertility-some case studies. In: Abbott LK, Murphy DV (eds) Soil biological fertility. A key to sustainable land use in agriculture. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 225–239
Tarafdar J, Claassen N (1988) Organic phosphorus compounds as a phosphorus source for higher plants through the activity of phosphatases produced by plant roots and microorganisms. Biol Fertility Soils 5:308–312
Wang HH, Chu HL, Dou Q, Xie QZ, Tang M, Sung CK, Wang C (2018) Phosphorus and nitrogen drive the seasonal dynamics of bacterial communities in Pinus forest rhizospheric soil of the Qinling Mountains. Front Microbiol 9:1930
Wang S, Liang X, Chen Y, Luo Q, Liang W, Li S, Huang C, Li Z, Wan L, Li W (2012) Phosphorus loss potential and phosphatase activity under phosphorus fertilization in long-term paddy wetland agroecosystems. Soil Sci Soc Am J 76:161–167
Wang JT, Zheng YM, Hu HW, Zhang LM, Li J, He JZ (2015) Soil pH determines the alpha diversity but not beta diversity of soil fungal community along altitude in a typical Tibetan forest ecosystem. J Soil Sediment 15:1224–1232
Wessen E, Hallin S, Philippot L (2010) Differential responses of bacterial and archaeal groups at high taxonomical ranks to soil management. Soil Biol Biochem 42:1759–1765
Wu T, Chellemi DO, Graham JH, Martin KJ, Rosskopf EN (2008) Comparison of soil bacterial communities under diverse agricultural land management and crop production practices. Microb Ecol 55:293–310
Xu M, Li X, Cai X, Gai J, Li X, Christie P, Zhang J (2014) Soil microbial community structure and activity along a montane elevational gradient on the Tibetan Plateau. Eur J Soil Biol 64:6–14
Xu Z, Yu G, Zhang X, Ge J, He N, Wang Q, Wang D (2015) The variations in soil microbial communities, enzyme activities and their relationships with soil organic matter decomposition along the northern slope of Changbai Mountain. Appl Soil Ecol 86:19–29
Yang L, Li T, Li F, Lemcoff JH, Cohen S (2008) Fertilization regulates soil enzymatic activity and fertility dynamics in a cucumber field. Sci Hortic 116(1):21–26
Yuan Y, Dai X, Xu M, Wang H, Fu X, Yang F (2015) Responses of microbial community structure to land-use conversion and fertilization in southern China. Eur J Soil Biol 70:1–6