Biến động C hữu cơ trong đất và chức năng vi sinh vật trong hệ sinh thái nông lâm nghiệp Địa Trung Hải

Biology and Fertility of Soils - Tập 47 - Trang 283-291 - 2011
Alessandra Lagomarsino1,2, Anna Benedetti3, Sara Marinari1, Letizia Pompili3, M. Cristina Moscatelli1, Pier Paolo Roggero4,5, Roberto Lai4, Luigi Ledda4, Stefano Grego1
1Department of Agrobiology and Agrochemistry, University of Tuscia, Viterbo, Italy
2CRA-ABP Research Centre for Agrobiology and Pedology, Florence, Italy
3CRA-RPS, Research Centre for the Soil–Plant System, Rome, Italy
4Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria, University of Sassari, Sassari, Italy
5Desertification Research Group, University of Sassari, Sassari, Italy

Tóm tắt

Năm loại đất có đặc điểm khác nhau về quản lý nông lâm nghiệp, điển hình cho môi trường Địa Trung Hải và ngày càng chịu tác động của con người, đã được chọn ở Sardinia (Italy): hai vườn nho với các hệ thống quản lý khác nhau, một vụ cỏ hoán độ - chăn nuôi và một khu rừng (Quercus suber L.). Nghiên cứu nhằm điều tra mối quan hệ giữa sự lưu trữ C và chức năng vi sinh vật trong đất dưới các phương thức quản lý khác nhau. Các pools của C hữu cơ tổng và C sinh khối vi sinh vật đã được xác định, cũng như sự mất mát C hữu cơ do hô hấp vi sinh vật (cơ bản và tích lũy) và một số chỉ số vi sinh vật (chuyển hóa, khoáng hóa và tỷ lệ vi sinh vật) như là chỉ báo cho hiệu suất vi sinh vật trong việc sử dụng năng lượng và mức độ giới hạn cơ chất đối với vi sinh vật trong đất. Các enzym đã được lựa chọn dựa trên sự liên quan của chúng trong chu trình C (β-cellobiohydrolase, N-acetyl-β-glucosaminidase, β-glucosidase, α-glucosidase), N (leucine aminopeptidase), S (arylsulphatase) và P (acid phosphatase) và được sử dụng như là chỉ báo cho sự đa dạng chức năng trong đất. Các pools C hữu cơ và hoạt tính enzym trung bình đã tăng đáng kể ở những khu đất có tác động của con người thấp hơn, cho thấy giá trị cao nhất ở khu rừng và thấp nhất ở vườn nho, theo xu hướng của sự sẵn có của hợp chất hữu cơ. Xu hướng trong sự đa dạng chức năng phản ánh sự gia tăng của pool vi sinh vật và sự sẵn có của C hữu cơ: các vườn nho cho thấy chỉ số đa dạng Shannon thấp hơn, trong khi các vùng chăn thả và rừng đạt đến mức tối đa về đa dạng chức năng. Những loại đất này cho thấy sự gia tăng hiệu suất vi sinh vật trong việc sử dụng các nguồn lực có sẵn và sự giảm bớt giới hạn cơ chất cho vi sinh vật trong đất.

Từ khóa

#Đất #C hữu cơ #Vi sinh vật #Đa dạng chức năng #Hệ sinh thái nông lâm nghiệp

Tài liệu tham khảo

Anderson TH (2003) Microbial eco-physiological indicators to assess soil quality. Agr Ecosyst Environ 98:285–293 Anderson TH, Domsch KH (1989) Ratios of microbial biomass carbon to total organic-C in arable soils. Soil Biol Biochem 21:471–479 Aru A, Baldaccini P, Delogu G, Dessena MA, Madrau S, Melis R (1990) Carta dei Suoli della Sardegna, scala 1/250.000. Assessorato alla programmazione e all’assestamento del territorio, Centro Regionale Programmazione, Dip. Sc. della Terra, Univ. di Cagliari, Italy Badalucco L, Grego S, Dell’Orco S, Nannipieri P (1992) Effect of liming on some chemical, biochemical and micro-biological properties of acid soil under spruce (Picea abies L.). Biol Fert Soils 14:76–83 Bandick AK, Dick RP (1999) Field management effects on soil enzyme activities. Soil Biol Biochem 31:1471–1479 Bending GD, Turner MK, Jones JE (2002) Interactions between crop residue and soil organic matter quality and the functional diversity of soil microbial communities. Soil Biol Biochem 34:1073–1082 Bending GD, Turner MK, Rayns F, Marx MC, Wood M (2004) Microbial and biochemical soil quality indicators and their potential for differentiating areas under contrasting agricultural management regimes. Soil Biol Biochem 36:1785–1792 Caldwell BA (2005) Enzyme activities as a component of soil biodiversity: a review. Pedobiologia 49:637–644 Cerri CEP, Coleman DS, Jenkinson M, Victoria R, Cerri CC (2003) Modeling soil carbon from forest and pasture ecosystems of Amazon, Brazil. Soil Sci Soc Am J 67:1879–1887 Conant RT, Paustian K, Elliott ET (2001) Grassland management and conversion into grassland: effects on soil carbon. Ecol Applic 11:343–355 Degens BP, Schipper LA, Sparling GP, Vojvodic-Vukovic M (2000) Decreases in organic C reserves in soils can reduce the catabolic diversity of soil microbial communities. Soil Biol Biochem 32:189–196 Dilly O, Munch JC (1998) Ratios between estimates of microbial biomass content and microbial activity in soils. Biol Fert Soils 27:374–379 Dixon RK, Brown S, Houghton RA, Solomon AM, Trexler MC, Wisniewski J (1994) Carbon pools and flux of global forest ecosystem. Science 263:185–190 Ekenler M, Tabatabai MA (2002) β-glucosaminidase activity of soils: effect of cropping systems and its relationship to nitrogen mineralization. Biol Fert Soils 36:367–376 Fisher MJ, Rao IM, Ayarza MA, Lascano CE, Sanz JI, Thomas RJ, Vera RR (1994) Carbon storage by introduced rooted grasses in the South American savannas. Nature 371:236–238 Franke R, Briesen I, Wojciechowski T, Faust A, Yephremov A, Nawrath C, Schreiber L (2005) Apoplastic polyesters in Arabidopsis surface tissues—a typical suberin and a particular cutin. Phytochemistry 66:2643–2658 Geisseler D, Horwath WR (2009) Relationship between carbon and nitrogen availability and extracellular enzyme activities in soil. Pedobiologia 53:87–98 Guo LB, Gifford RM (2002) Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis. Glob Change Biol 8:345–360 Kandeler E, Eder G (1993) Effect of cattle slurry in grassland on microbial biomass and on activities of various enzymes. Biol Fertil Soils 16:249–254 Kandeler E, Stemmer M, Klimanek EM (1996) Influence of heavy metals on the functional diversity of soil microbial communities. Biol Fert Soils 23:299–306 Landi L, Renella G, Moreno JL, Falchini L, Nannipieri P (2000) Influence of cadmiuum on the metabolic quotient, l-:d-glutamic acid respiration ratio and enzyme activity:microbial biomass ratio under laboratory conditions. Biol Fert Soils 32:8–16 Lal R (2005) World crop residues production and implications of its use as a biofuel. Environ Int 31:575–584 Lal R, Kimble JM (1997) Conservation tillage for carbon sequestration. Nutr Cycl Agroecosys 49:243–253 Li Z, Wu X, Chen B (2007) Changes in transformation of soil organic C and functional diversity of soil microbial community under different land uses. Agric Sci China 6(10):1235–1245 Lorenz K, Lal R, Preston CM, Nierop KGJ (2007) Strengthening the soil organic carbon pool by increasing contributions from recalcitrant aliphatic bio(macro)molecules. Geoderma 142:1–10 Magurran AE (2004) Measuring biological diversity. Blackwell, USA, p 256 Marx MC, Wood M, Jarvis SC (2001) A microplate fluorimetric assay fir the study of enzyme diversity in soils. Soil Biol Biochem 33:1633–1640 Miller M, Palojarvi A, Rangger A, Reeslev M, Kjioller A (1998) The use of fluorogenic substrates to measure fungal presence and activity in soil. Appl Environ Microbiol 64:613–617 Murty D, Kirschbaum MUF, Mcmurtrie RE, Mcgilvray H (2002) Does conversion of forest to agricultural land change soil carbon and nitrogen? a review of the literature. Glob Change Biol 8:105–123 Nannipieri P, Ascher J, Ceccherini MT, Landi L, Pietramellara G, Renella G (2003) Microbial diversity and soil functions. Eur J Soil Sc 54:655–670 Nannipieri P, Kandeler E, Ruggiero P (2002) Enzyme activities and microbiological and biochemical processes in soil. In: Burns RG, Dick RP (eds) Enzymes in the environment: activity ecology and applications. Marcel Dekker, New York, pp 1–33 Nsabimana D, Haynes RJ, Wallis FM (2004) Size, activity and catabolic diversity of the soil microbial biomass as affected by land use. Appl Soil Ecol 26:81–92 Odum EP (1969) The strategy of ecosystem development. Science 164:262–270 Pinzari F, Trinchera A, Benedetti A, Sequi P (1999) Use of biochemical indices in the Mediterranean environment: comparison among soils under different forest vegetation. J Microbiol Meth 36:21–28 Post WM, Know KC (2000) Soil carbon sequestration and land-use change: processes and potential. Glob Change Biol 6:317–327 Post WM, Peng T-H, Emanuel WR, King AW, Dale VH, De Angelis DL (1990) The global carbon cycle. Am Sci 78:310–326 Rodríguez-Loinaz G, Onaindia M, Amezaga I, Mijangos I, Garbisu C (2008) Relationship between vegetation diversity and soil functional diversity in native mixed-oak forests. Soil Biol Biochem 40:49–60 Ross DJ, Tate KR, Feltham CW (1996) Microbial biomass, and C and N mineralization, in litter and mineral soil of adjacent montane ecosystems in a southern beech (Nothofagus) forest and a tussock grassland. Soil Biol Biochem 28:1613–1620 Sall SN, Masse D, Ndour NYB, Chotte JL (2006) Does cropping modify the decomposition function and the diversity of the soil microbial community of tropical fallow soil? Appl Soil Ecol 31:211–219 Sinsabaugh RL, Antibus RK, Linkins AE, McClaugherty CA, Rayburn L, Repert D, Weiland T (1992) Wood decomposition over a first order watershed: mass loss as a function of exoenzyme activity. Soil Biol Biochem 24:743–749 Springer U, Klee J (1954) Prüfung der leistungsfähigkeit von einigen wichtigeren verfahren zur bestimmung des kohlenstoffs mittels chromschwefelsäure sowie vorschlag einer neuen schnellmethode. Z Pflanzenernährung Bodenk 64:1 Tan Z, Lal R (2005) Carbon sequestration potential estimates with changes in land use and tillage practice in Ohio, USA. Agr Ecosyst Environ 111:140–152 Trasar-Cepeda C, Leirós MC, Gil-Sotres F (2008) Hydrolytic enzyme activities in agricultural and forest soils some implications for thier use as indicators of soil quality. Soil Biol Biochem 40:2146–2155 Vance ED, Brookes PC, Jenkinson DS (1987) An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol Biochem 19:703–707 Vepsäläinen M, Kukkonen S, Vestberg M, Sirviö H, Niemi RM (2001) Application of soil enzyme activity test kit in a field experiment. Soil Biol Biochem 33:1665–1672 Waldrop MP, Balser TC, Firestone MK (2000) Linking microbial community composition to function in a tropical soil. Soil Biol Biochem 32:1837–1846 Wardle DA, Ghani A (1995) Why is the strength of relationships between pairs of methods for estimating soil microbial biomass often so variable? Soil Biol Biochem 27:821–828 Woomer PL, Martin A, Albrecht A, Resk DVS, Scharpenseal HW (1994) The importance and management of soil organic matter in the tropics. In: Woomer PL, Swift MJ (eds) The biological management of tropical soil fertility. Wiley, Chichester, pp 47–80 Worldwide Bioclimatic Classification System, 1996-2009, S.Rivas-Martinez & S.Rivas-Saenz, Phytosociological Research Center, Spain. http://www.globalbioclimatics.org