Статья:

Поддержание почвенной фауны как фактор увеличения плодородия почвы

Конференция: XVI Студенческая международная научно-практическая конференция «Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум»

Секция: Сельскохозяйственные науки

Выходные данные
Магда Е.В. Поддержание почвенной фауны как фактор увеличения плодородия почвы // Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(16). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_nature/5(16).pdf (дата обращения: 28.07.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Поддержание почвенной фауны как фактор увеличения плодородия почвы

Магда Екатерина Викторовна
студент, ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, РФ, г. Москва

 

В классическом земледелии микроорганизмы почвы рассматриваются скорее как источник болезней, нежели как ключевой участник в поддержании плодородия почвы. В последние десятилетия отношение активно меняется и наблюдается возрастающий интерес в исследованиях практик рационального использования почв и разработки устойчивых систем земледелия, основанных, в том числе, на оптимальном использовании почвенных микроорганизмов [3]. Если раньше акцент исследований делался на довольно грубые методы поддержки плодородия, такие как оптимальное сочетание удобрений, систем обработки почв и т. п., то сейчас не менее важно разобраться в тонкостях биохимических процессов, происходящих в почве. Значительную часть данных процессов обеспечивают микроорганизмы почвы.

Хотя доля органического вещества, образующего микробную биомассу небольшая, но микробная биомасса в значительной степени определяет объем высвобождения нутриентов. В соответствии с работой Ангерс и др. [1] микробная биомасса включает в себя 1,2-1,4% от всего органического углерода в почве при классической обработке почвы и 3,5-5,1% при отсутствии механической обработки почвы. Микрофлора является как источником, так и хранилищем доступных для растений нутриентов, и, следовательно, ее состояние отвечает за объем и качество органического вещества в почве. Микробная биомасса отвечает за трансформацию почвенного органического вещества и является резервуаром многих нутриентов (таких как органический углерод, соединения азота, растворимые соединения фосфора и серы) [11].

На состояние микроорганизмов почвы оказывает влияние множества факторов. Одним из основных факторов являются трофические сети почвы [9]. Оказывая влияние на почвенных животных, можно управлять состоянием почвенных микроорганизмов, и, следовательно, состоянием почвы. Например, воздействуя на популяцию микроскопических членистоногих, питающихся микроскопическими грибами, можно изменить структуру популяции грибов, и таким образом повлиять на динамику разложения органических остатков растений [17].

 

Рисунок 1. Пищевые цепи в почве с указанием преобладающих при различных практиках механической обработки почвы

 

Лавелле и др. [14] выделили три функциональные группы беспозвоночных: инженеры экосистемы (дождевые черви, термиты и т. п.), трансформеры органических остатков и хищники. Существует ряд исследований, показывающих влияние отдельных функциональных групп почвенных микроорганизмов или увеличения числа функциональных групп на скорость разложения органического вещества в почве и поступлений почвенного азота. Данные исследований показывают, что рост числа функциональных групп увеличивает выделение углекислого газа и минерализацию азота, по сравнению с биосистемой, состоящей только из бактерий и грибов [4], [12], [21], [13]. Влияние функциональных групп зависит от множества факторов, например, низкое качество питательного субстрата в почве приводит к большему влиянию функциональных групп на потери органического вещества, органического углерода и азота [20], [4], [21].

Есть исследования, показывающие влияние микроскопических членистоногих на скорость разложения органического вещества в почве, в условиях, когда имеются ограничения доступной влаги [22] или низкие температуры [6]. В среднем микроскопические членистоногие увеличивают скорость разложений на 23% в различных условиях [20].

Агрономы могут влиять на почвенную фауну прямыми методами (иннокулянты) и косвенными (интенсивность механической обработки, органические добавки, севооборот), добиваясь интенсификации процессов деминерализации полезных нутриентов. Несмотря на то, что в последние десятилетия было проведено множество исследований, посвященной данной теме, множество аспектов являются не исследованными. В частности, не так много исследований по возможностям использования для адаптации и искусственной колонизации (в т. ч. и создание условий для этого) полей видами, ареал обитания которых не распространяется на сельскохозяйственные угодья. Были немногочисленные попытки искусственного восстановления популяции некоторых видов организмов в почвах после интенсивного сельскохозяйственного использования. По некоторым оценкам, полноценное восстановление почвенной популяции после существенного влияния классических сельскохозяйственных практик, занимает десятилетия [5]. В долгосрочных исследованиях Уордл и др. [23] показали, что почвенные членистоногие наиболее чувствительные к сельскохозяйственным практикам, а также к качеству поступающего органического вещества в почву. При этом включение многолетних растений или использование земель под пастбища позволяет восстановить состояние почвы [18]. Краткосрочные пастбища (до 5 лет) оказывают положительный эффект на качество и количество органического вещества в почве, что в итоге увеличивает плодородие из-за роста доступности азота растениями и стабильности почвенной структуры [8]. Популяция дождевых червей и видовое разнообразие также существенно увеличивается при использовании земель под пастбища в сравнении с интенсивной вспашкой [2], [7]. Поддержание уровня органического вещества в почвы увеличивает устойчивость почвенных организмов к неблагоприятным условиям. Пастбища или многолетние травы снижают степень вмешательства в почвенные процессы и оказывает эффект на микроорганизмы почвы, схожий с нулевой обработкой.

Сельскохозяйственная экосистема должна управляться таким образом, чтобы поддерживать структурную устойчивость состояния почвы, увеличивать объем органического вещества в почве, оптимизировать соотношение углерода к азоту в органическом веществе и добиваться синхронизации выделения в почве нутриентов с потребностью растений в них. Количество и качество органического вещества, вносимого в почву, и степень вмешательства в почву – основные факторы, влияющие на почвенную биоту, которая играет основную роль в процессе разложения органических веществ и обороте нутриентов. Связь между пространственным и временным разнообразием и обилием биологической составляющей почвы с почвенными свойствами, объемом органического вещества и оборотом нутриентов является ключевым для построения эффективного управления почвенным плодородием [15]. Обычно, в подобных исследованиях предпочтения отдается практикам, которые позволяют построить экосистему, наиболее приближенную к естественному состоянию [19], и оптимизировать оборот нутриентов и свойства почвы через активность почвенной биоты [16]. Такие практики предполагают снижение интенсивности механической обработки почвы, снижение степени использования удобрений и пестицидов, более частое использование многолетних растений и повышающих органическое вещество в почве схем севооборота, использование растительных остатков и синхронизацию выделения нутриентов и доступности влаги с потребностями растений [16].

 

Список литературы:
1. Angers D. A., N'dayegamiye A., Cote D. Tillage-induced differences in organic matter of particle-size fractions and microbial biomass //Soil Science Society of America Journal. – 1993. – Т. 57. – №. 2. – С. 512-516.
2. Baker G. H., Carter P. J., Barrett V. J. Influence of earthworms, Aporrectodea spp.(Lumbricidae), on pasture production in south-eastern Australia //Australian Journal of Agricultural Research. – 1999. – Т. 50. – №. 7. – С. 1247-1257.
3. Condron L. M. et al. A comparison of soil and environmental quality under organic and conventional farming systems in New Zealand //New Zealand Journal of Agricultural Research. – 2000. – Т. 43. – №. 4. – С. 443-466.
4. Coûteaux M. M. et al. Increased atmospheric CO 2 and litter quality: decomposition of sweet chestnut leaf litter with animal food webs of different complexities //Oikos. – 1991. – С. 54-64.
5. Curry J. P., Good J. A. Soil faunal degradation and restoration //Soil Restoration. – Springer, New York, NY, 1992. – С. 171-215.
6. Douce G. K., Crossley Jr D. A. The effect of soil fauna on litter mass loss and nutrient loss dynamics in arctic tundra at Barrow, Alaska //Ecology. – 1982. – Т. 63. – №. 2. – С. 523-537.
7. Hanlon R. D. G., Anderson J. M. The effects of Collembola grazing on microbial activity in decomposing leaf litter //Oecologia. – 1979. – Т. 38. – №. 1. – С. 93-99.
8. Haynes R. J. Labile organic matter fractions and aggregate stability under short-term, grass-based leys //Soil Biology and Biochemistry. – 1999. – Т. 31. – №. 13. – С. 1821-1830.
9. Hendrix P. F. et al. Detritus food webs in conventional and no-tillage agroecosystems //Bioscience. – 1986. – Т. 36. – №. 6. – С. 374-380.
10. Heneghan L., Bolger T. Effect of components of'acid rain'on the contribution of soil microarthropods to ecosystem function //Journal of Applied Ecology. – 1996. – С. 1329-1344.
11. Jenkinson D. S. Microbial biomass in soil: measurement and turnover //Soil biochemistry. – 1981. – Т. 5. – С. 415-471.
12. Ji R., Brune A. Transformation and mineralization of 14C-labeled cellulose, peptidoglycan, and protein by the soil-feeding termite Cubitermes orthognathus //Biology and Fertility of Soils. – 2001. – Т. 33. – №. 2. – С. 166-174.
13. Kautz G., Topp W. Acquisition of microbial communities and enhanced availability of soil nutrients by the isopod Porcellio scaber (Latr.)(Isopoda: Oniscidea) //Biology and Fertility of Soils. – 2000. – Т. 31. – №. 2. – С. 102-107.
14. Lavelle P. et al. Mutualism and biodiversity in soils //The significance and regulation of soil biodiversity. – Springer, Dordrecht, 1995. – С. 23-33.
15. Lavelle P. Ecological challenges for soil science //Soil science. – 2000. – Т. 165. – №. 1. – С. 73-86.
16. Neher D. A. Soil community composition and ecosystem processes: comparing agricultural ecosystems with natural ecosystems //Agroforestry Systems. – 1999. – Т. 45. – №. 1-3. – С. 159-185.
17. Newell K. Interaction between two decomposer basidiomycetes and a collembolan under Sitka spruce: distribution, abundance and selective grazing //Soil Biology and Biochemistry. – 1984. – Т. 16. – №. 3. – С. 227-233.
18. Paustian K. et al. Carbon and nitrogen budgets of four agro-ecosystems with annual and perennial crops, with and without N fertilization //Journal of Applied Ecology. – 1990. – Т. 27. – №. 1. – С. 60-84.
19. Piper J. K. Natural systems agriculture //Biodiversity in agroecosystems. – 1999. – Т. 167195.
20. Seastedt T. R. The role of microarthropods in decomposition and mineralization processes //Annual review of entomology. – 1984. – Т. 29. – №. 1. – С. 25-46.
21. Tian G., Brussaard L., Kang B. T. Breakdown of plant residues with contrasting chemical compositions under humid tropical conditions: effects of earthworms and millipedes //Soil Biology and Biochemistry. – 1995. – Т. 27. – №. 3. – С. 277-280.
22. Vossbrinck C. R., Coleman D. C., Woolley T. A. Abiotic and biotic factors in litter decomposition in a sermiarid grassland //Ecology. – 1979. – Т. 60. – №. 2. – С. 265-271.
23. Wardle D. A. et al. Effects of agricultural intensification on soil-associated arthropod population dynamics, community structure, diversity and temporal variability over a seven-year period //Soil Biology and Biochemistry. – 1999. – Т. 31. – №. 12. – С. 1691-1706.