《利用覆盖作物增加土壤孔隙大小和有机质多样性》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2015-07-29
  • 当我们步行在森林小路上,我们脚下土壤看上去没有什么不同。然而,土壤由错综复杂的网络组成,包括土壤颗粒、孔隙、矿物质、土壤微生物以及其他物质。

    土壤是有生命、动态的物质,其中的微生物能够为植物提供它们生长所需食物。微生物可能是细菌或真菌,但是两者都需要“空间”(孔隙)作为它们的良好生存环境。

    土壤团聚体对土壤性能影响很大,需要许多过程形成团聚体,包括干湿交替、冻融循环、蚯蚓活动、真菌作用,以及与植物根系的交互作用。无论哪种形式形成团聚体,微孔受到影响,里面的微生物也受到影响。

    密歇根州立大学土壤科学家、教授Sasha Kravchenko致力于研究不同农业系统中土壤和它们的孔隙度。最近研究表明,长时期利用和管理土壤,不仅影响土壤团聚体大小和数量,而且影响孔隙中内部组成。

    孔隙影响细菌移动和利用土壤资源的能力,相反,微生物具有良好环境,有助于植物吸收必需养分。

    Kravchenko比较了两种农业系统,一种土壤种植作物如夏玉米,然后在作物收获后到第二年春天播种前土壤裸漏。另一种土壤一年四季种植作物。这两种系统始于1989年,至今有足够时间形成差异,并可以用现代有效工具进行测量。

    另外,同一生态系统中微生物群并不相同,就象不同城市间差异。个别团聚体中,不同细菌需要的环境有差异。大多数细菌喜欢多孔、更小直径(30-90微米)的环境。其他的则喜欢较大直径孔隙(大于150微米)。这也许是因为这些尺寸的孔隙能够提供最佳环境用来进行养分、空气和水分的流通,以及他们能够获得并降解植物残留的能力所限。

    这些研究突出了土壤颗粒、孔隙、微生物和植物之间交互作用的复杂性。Kravchenko团队用X射线进行断层摄影(类似于CT扫描),以保证团聚体的完整性,这样能够研究自然状态的土壤颗粒、孔隙和有机质之间交互作用。相关研究发表在了《Soil Science Society of America Journal》期刊上。

相关报告
  • 《植物多样性可以增加昆虫多样性》

    • 来源专题:外来生物入侵
    • 编译者:王成卓
    • 发布时间:2019-05-29
    • 在草原和森林中生长的植物种类越多,在那里找到栖息地的昆虫种类就越多。然而,更多的植物种类的存在不仅增加了昆虫种类的数量,也增加了昆虫个体的数量。同时,动物多样性不仅由植物多样性决定,而且由植物群落的物理结构决定。该研究是由德国生物多样性综合研究中心(iDiv)领导的一项合作研究。该研究结果发表在《自然通讯》杂志上,这些结果对草地和森林的昆虫有效管理产生了影响。 “我们的研究结果清楚地表明,诸如目前观察到的昆虫数量下降这样的发展,可能与我们人类管理我们所使用的生态系统的方式有关,”该研究的第一作者、哥廷根大学的安德里亚斯•舒尔茨教授表示。在第一个实验中,草原上的植物种类数量发生了变化,而在第二个实验中,森林中的树木种类数量发生了变化。这两个实验都是为了研究植物多样性对其他生物的影响以及各自生态系统的功能。数据显示,农业和森林土地的集约利用导致的植物物种丰富度(物种数量)的减少,可导致昆虫数量(个体数量)的减少,进而减少昆虫物种丰富度。 来自德国莱比锡大学iDiv研究中心的Jena实验发言人兼资深作者Nico Eisenhauer教授说:“重要的是要注意,不仅植物物种的消失是关键,结构多样性的丧失也是关键。”“这些结果表明,我们可以通过调整割草时间和保护老树等加强结构的措施,为保护生物多样性做出重大贡献,”BEF-China发言人、马丁·路德大学的赫尔格·布鲁尔海德教授补充说。对来自不同生境的数据进行比较表明,这些研究结果对人类使用的关键生态系统具有相关性。这项研究是由德国联邦政府资助的。
  • 《《Nature Sustainability》“多样化种植方式增加了氮供应但没有增加土壤碳”》

    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2025-03-31
    • 2025年1月,美国爱荷华州立大学、康奈尔大学等多所高校和研究机构联合开展的一项研究表明,更多样化的轮作作物与牲畜粪便施肥有许多环境效益,但固碳不是其中之一。该研究基于在布恩以东的爱荷华州Marsden农场自2001年以来进行田间试验收集的数据,将传统的两年玉米-大豆轮作制与三年和四年制进行了比较。结果表明,在多年轮作中,更多种类的根系和有机肥的添加增加了碳输入,但在土壤中添加更多的有机质也会刺激微生物活动从而促进分解,导致CO2排放量的上升,抵消增加的碳投入。土壤有机质分解得更快会产生更多作物生长所需的氮,有助于取代合成肥料,减少N2O的排放量。该研究中使用的新型碳追踪方法部分由美国农业部资助,可以帮助研究人员和碳市场改进预测土壤碳变化的模型。相关成果以“Diversified cropping systems with limited carbon accrual but increased nitrogen supply”发表在《Nature Sustainability》上。