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Monokultur-Landwirtschaft führt oft zu was

Geben Sie Ihre E-Mail-Adresse in das unten stehende Feld ein, um Neuigkeiten und Veröffentlichungsaktualisierungen für Applied and Environmental Soil Science zu erhalten. Marais et al. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter der Creative Commons Attribution License vertrieben wird und die uneingeschränkte Verwendung, Verbreitung und Reproduktion auf jedem Medium ermöglicht, sofern das Originalwerk ordnungsgemäß zitiert wird.

Es ist bekannt, dass mit verschiedenen Pflanzen unterschiedliche bodenmikrobielle Gemeinschaften verbunden sind. Landwirtschaftliche Bewirtschaftungspraktiken wie die Zugabe von Düngemitteln und Pestiziden, Fruchtwechsel und Weidetiere können zu unterschiedlichen mikrobiellen Gemeinschaften in den zugehörigen landwirtschaftlichen Böden führen. Statistische Analysen zeigten, dass die Bodenfeuchtigkeit einen übergeordneten Einfluss auf saisonale Schwankungen der physikochemischen und mikrobiellen Populationen des Bodens hatte.

Während innerhalb der Saison die mikrobielle Aktivität des Bodens zwischen Weizenfeldern unter Rotations- und Monokulturmanagement unterschieden werden konnte, waren diese Unterschiede nicht signifikant.

Die Bodenqualität ist für die Gesundheit von Pflanzen und Tieren, die Erhaltung der Umwelt und die Erhaltung der biologischen Produktivität von entscheidender Bedeutung [1]. Bodenmikroben spielen eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Bodenqualität [2, 3]. Es wird angenommen, dass die mikrobielle Vielfalt der Rhizosphäre für die Bodengesundheit von Vorteil ist [4] und die trophischen Wechselwirkungen innerhalb der Rhizosphäre die oberirdische Pflanzengemeinschaft beeinflussen können [5].

Unser Verständnis der mikrobiellen Funktion des Bodens bei dieser Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Mikroben war im Allgemeinen begrenzt [6, 7]. Die Pflanzensorte hat einen signifikanten Einfluss auf die assoziierte mikrobielle Gemeinschaft im Boden, gemessen anhand des physiologischen Profils CLPP auf Gemeindeebene von Dunfield und Germida [8]. Diese Autoren fanden auch heraus, dass saisonale Unterschiede in dieser Gemeinschaft nicht dauerhaft waren. Marschner et al. Somit war zu erwarten, dass sich die mikrobiellen Gemeinschaften unter Weizenmonokultur und Weizen im Wechsel mit Hülsenfrüchten signifikant unterscheiden würden.

Verschiedene Akteure fordern häufiger Informationen über die Auswirkungen von Landnutzungsmanagementpraktiken auf die physikalische, chemische und biologische Fruchtbarkeit von Böden an [1].

Es gibt wenig Wissen darüber, wie Managementsysteme mikrobielle Gemeinschaften und damit die Fruchtbarkeit des Bodens beeinflussen [10]. Wenn die physikochemischen Eigenschaften eines Bodens durch landwirtschaftliche Praktiken verändert werden, kann die mikrobielle Gemeinschaft auf diese Veränderungen reagieren [11, 12].

In den letzten Jahren wurde die mikrobielle Vielfalt des Bodens mithilfe molekularer Methoden geschätzt. Es wurde jedoch festgestellt, dass Diversitätsindizes, die auf DNA-Heterogenität basieren, insbesondere bei der Bestimmung für Böden mit einer hohen Diversität von Mikroben nicht eindeutig sein können [13]. Wintzingerode et al. Die Methoden zur Extraktion von DNA aus dem Boden wirken sich auch auf die Ergebnisse von Diversitätsschätzungen aus [15]. Diese Methoden sind auch kostspielig und erfordern ein hohes Maß an Fachwissen. Obwohl nur ein kleiner Teil der Bodenmikroben kultivierbar ist [16 - 18], stellten einige Forscher [19 - 21] fest, dass kultivierbare mikrobielle Populationen als Indikatoren für die Bodengesundheit dienen könnten.

Olsen und Bakken [19] fanden heraus, dass der Energiefluss über die nicht koloniebildende mikrobielle Population einen sehr kleinen Bruchteil des gesamten Bodenökosystems ausmacht, während Ellis et al.

Edenborn et al. Es scheint ein klarer Zusammenhang zwischen der mikrobiellen Vielfalt des Bodens, der Boden- und Pflanzenqualität [5] sowie der Nachhaltigkeit des Ökosystems [22] zu bestehen, und es ist bekannt, dass die Fruchtfolge dem Weizenertrag zugute kommt [23, 24]. Es stellt sich nun die Frage: Diese Studie wurde durchgeführt, um ausgewählte bodenphysikochemische und mikrobielle Parameter unter zwei verschiedenen Managementsystemen zu bewerten, nämlich Weizenmonokultur und Weizen im Wechsel mit jährlichen Hülsenfrüchten. Die Studie wurde jedes Jahr im Winter und Frühjahr von 2006 bis 2009 im Rahmen eines Langzeitversuchs zur Fruchtfolge durchgeführt, der 1996 auf der Langgewens-Versuchsfarm am Westkap begonnen wurde.

Die Region erlebt ein typisches mediterranes Klima mit heißen, trockenen Sommern und kühlen, feuchten Wintern. Langfristige Jahre Durchschnittlicher Jahresniederschlag beträgt 398.

Die langfristigen durchschnittlichen täglichen Höchst- und Tiefsttemperaturen lagen zwischen 24. Der mittlere monatliche Niederschlag von 2006 bis 2009 ist in Abbildung 1 dargestellt. Der A-Horizont hat typischerweise einen organischen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0. Zwei der Rotationsflächen wurden bepflanzt Weizen im Jahr 1996 und die beiden anderen Rotationsflächen wurden 1996 auf jährliche Hülsenfruchtweiden gepflanzt. Daher standen für die Fruchtfolgeflächen für die vorliegende Studie jedes Jahr zwei Weizen- und zwei Weideflächen zur Verfügung.

Die Frühjahrsweizensorte SST 027 wurde in allen vier Jahren der vorliegenden Studie in allen Monokultur- und Rotationsflächen in der Weizenphase gepflanzt.

Um die Probenahme zu erleichtern, wurde jede der sechs Versuchsflächen, zwei Monokulturen und vier Rotationen, gleichmäßig in sechs zusammenhängende Nebenflächen aufgeteilt, die fortlaufend von 1 bis 6 nummeriert waren.

Pflanz-, Pflanzenschutz- und Erntetätigkeiten wurden unter Verwendung von landwirtschaftlichen Standardgeräten und -maschinen gemäß den konservierenden landwirtschaftlichen Praktiken durchgeführt. Die Makro- und Spurenelementkonzentrationen wurden für jede Kultur auf oder über den optimalen Werten gehalten, wie von Anon empfohlen [26]. Man ließ die Unkräuter keimen und kontrollierte sie dann unter Verwendung einer Breitband-Herbizid-Monokultur-Parzelle, Glyphosate 360 ​​1. In dem Jahr, in dem Weiden in den Rotationsparzellen erzeugt wurden, regenerierte sich die Weide aus im Boden gelagerten Samenbanken.

Ab 2006 wurde beim Pflanzen von Weizen der in Australien entwickelte Direktsaat-Pflanzer Auseeder verwendet. Jede Pflanzeinheit besteht aus einem Messerpunktöffner, einem Schließwerkzeug und einem Pressrad und ist im Handel als Deep Blade System DBS bekannt.

Das gesamte Weizenstroh wurde nach der Ernte jedes Jahr von 1996 bis 2001 gepresst und von den Parzellen entfernt, aber das gesamte Weizenstroh wurde nach der Ernte in allen Jahren nach 2001 auf den Parzellen zurückgehalten. In der Weizenmonokultur wurden die Stoppeln durch Verbrennen vor der Landung entfernt Vorbereitung für das Pflanzen in allen Jahren von 1996 bis 2001, aber Stoppeln wurden in den folgenden Jahren nicht verbrannt.

Im Jahr 2008 wurde beschlossen, die Stoppeln in allen Weizen-Monokulturlagern zu verbrennen, um während der Vegetationsperiode 2007 in den Monokultur-Parzellen aufgrund des hohen Weidelgrasbefalls das Saatgut zu zerstören, das von herbizidresistenten Weidelgraspflanzen verschüttet wurde. Wo Weizen der jährlichen Hülsenfruchtweide folgte, wurden Weiderückstände vor der Landvorbereitung in allen Jahren zurückgehalten, außer 2008, als er versehentlich verbrannt wurde. Die Probenahme wurde nur auf den Kämmen durchgeführt, da die Furchen während der Vegetationsperiode zeitweise durchnässt wurden.

Bei jeder Probenahme wurden Proben aus drei der Nebenparzellen in jeder der Rotations- und Monokulturparzellen entnommen. Im ersten Jahr wurden ungeradzahlige Nebenparzellen beprobt, während im folgenden Jahr geradzahlige Parzellen beprobt wurden.

Dieses Verfahren wurde im dritten und vierten Jahr dieser Studie wiederholt. Die Proben wurden innerhalb jeder kleinen Parzelle dreimal gesammelt, nämlich im Juni sechs Wochen nach dem Pflanzen, im August 15 Wochen nach dem Pflanzen und im November unmittelbar nach der Ernte des Weizens jedes Jahr. Die fünf Bodenproben wurden gesammelt und gemischt, um drei Proben für jede Versuchsfläche bei jeder Probenahme für alle Analysen bereitzustellen.

Bodenverdünnungsplatten wurden verwendet, um kultivierbare Mikroben in den Bodenproben zu zählen. Actinomyceten wurden auf Natriumcaseinat-Agar [27] kultiviert, während Nähragar [28] für heterotrophe Mikroben verwendet wurde. Die Zählung anaerober Pilze wurde auf Hefemalz-YM-Agar 28 durchgeführt und in anaeroben Kammern inkubiert. Hymenomycetenpilze wurden unter Verwendung eines Benlat-Dichloran-Streptomycin-Mediums BDS [29] bestimmt und die Kolonien wurden als filamentöses oder nichtfilamentöses hefeartiges Wachstum klassifiziert.

Diese Zahlen wurden nach einer Formel von Briones und Reichardt in geschätzte Bodenpopulationen umgerechnet [31]. Alle Bodenproben wurden einem CLPP zur physiologischen Profilierung auf Gemeindeebene unterzogen [32].

Um einen möglichen Hintergrundfarbeneffekt zu korrigieren, wurde der Messwert der Kontrollvertiefung vom tatsächlichen Messwert abgezogen. Alle möglichen negativen Ergebnisse wurden als 0 aufgezeichnet. Das filamentöse Wachstum im Boden wurde durch Anpassung der von Marais et al.

Saubere Objektträger wurden paarweise mit Klebeband gebunden. Nach zwei Wochen im Boden wurden die Objektträger entfernt und außen sauber gewischt. Das Innere jedes Objektträgers wurde dann unter einem Lichtmikroskop bei 100-facher Vergrößerung untersucht und das Filamentwachstum wurde in 20 Feldern auf jedem Objektträger aufgezeichnet.

Somit lag die mögliche Anzahl für ein Paar Objektträger zwischen 0 und 40. Die tatsächliche Anzahl positiver Felder wurde als Bruchteil der möglichen 40 berechnet.

Der Schwefelgehalt in ppm wurde unter Verwendung der Calciummonophosphat-Extraktionsmethode [36] bestimmt, während der Borgehalt in ppm unter Verwendung der extrahierbaren Bor-Heißwassermethode [26] bestimmt wurde. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde als Prozentsatz des Gewichts des trockenen Bodens ausgedrückt. Die Daten waren kontinuierlich; Daher wurden an den Daten univariate ANOVA- und -Tests sowie multivariate Analysen mit Clusteranalyse und Diskriminanzanalyse durchgeführt.

Mit dem Ziel, die Behandlungsmittel zu vergleichen, wurden die Daten einer geeigneten Varianzanalyse unterzogen. Die Varianzanalyse wurde mit SAS Version 9 durchgeführt. Der Shapiro-Wilk-Test wurde durchgeführt, um auf Nichtnormalität zu testen [38]. Die Methode von Ward [40] wurde verwendet, um eine Clusteranalyse durchzuführen. Diese Methode hat keine vorherige Klassifizierung und Gruppierungen können offensichtlich sein. Eine Diskriminanzanalyse DA wurde durchgeführt, um die Trennungsdiskriminierung der bevorstehenden Gruppen zu untersuchen. Somit variierte der Niederschlag während unseres Testzeitraums von knapp bis deutlich über dem langjährigen Durchschnittsniederschlag von 398.

Der am Tag der Probenahme ermittelte Bodenfeuchtigkeitsgehalt lag zwischen 2. Die durchschnittliche tägliche Bodentemperatur für die Woche vor dem Tag der Probenahme lag zwischen 13. Diese war normalerweise geringfügig höher als die durchschnittliche tägliche Lufttemperatur für denselben Zeitraum , die von 12 reichte.

Um festzustellen, ob die Monokultur oder Rotation des landwirtschaftlichen Bewirtschaftungstyps, die Jahreszeit und das spezifische Jahr im Untersuchungszeitraum die physikochemischen und mikrobiologischen Messgrößen beeinflussten, siehe Abschnitte 2. Aus den Ergebnistabellen 1 geht hervor, dass der Bewirtschaftungstyp nur geringen Einfluss auf die gemessenen Variablen hatte Die Jahreszeit, in der Messungen durchgeführt wurden, hatte den größten Einfluss auf diese Variablen. Die Wechselwirkung zwischen Jahreszeit und Typ Monokultur oder Rotation war für die Schwefelkonzentration im Boden im Jahr 2007, dem Jahr mit dem höchsten Niederschlag im Untersuchungszeitraum, signifikant.

Eine Wechselwirkung ist die Variation zwischen den Unterschieden zwischen den Mitteln für verschiedene Niveaus eines Faktors über verschiedene Niveaus des anderen Faktors [42]. In diesem Fall hatte die Jahreszeit den größten Effekt in diesem Interaktionsmittel von 16 für die Jahreszeit gegenüber 5. Bei der Rotation hätte die Hülsenfrucht jedoch mehr Schwefel aus dem Boden gebunden, da bekannt ist, dass Hülsenfrüchte einen hohen Schwefelbedarf haben [ 43], was zu niedrigeren Schwefelgehalten in den Rotationsböden führt.

Diese Ergebnisse können auf Unterschiede im Niederschlag zurückgeführt werden, die während der vier Jahre des Testzeitraums aufgezeichnet wurden. Abbildung 1. Während dieses Jahres schien die Reaktion dieser beiden Variablen auf die Benetzungs- und Trocknungszyklen des Bodens ausgeprägter zu sein als während anderer Jahre.

In dieser Hinsicht haben Venterink et al. Wenn alle gemessenen physikochemischen und mikrobiellen Messvariablen Tabelle 1 für jedes Jahr einer Clusteranalyse unterzogen wurden, wurde die Gruppierung für die Dauer des Testzeitraums nach Jahreszeiten klar getrennt. Abbildungen 2 a - 2 d.

Dies steht im Einklang mit den ANOVA-Ergebnissen in Tabelle 1, in der die Jahreszeit als der signifikanteste Effekt hinter den für die gemessenen Variablen erhaltenen Werten angegeben ist. Ähnliche Ergebnisse wurden von Marais et al. Bei Betrachtung pro Jahr war der einzige biologische Faktor, der einen signifikanten Unterschied zwischen Monokultur und Rotation aufwies, die Anzahl der Actinomyceten im Jahr 2006. Tabelle 1: Die Wechselwirkung zwischen Jahreszeit und Typ war 2006 für Protozoen signifikant.

Aus Abbildung 3 d geht hervor, dass der saisonale Effekt auf die Protozoenzahlen in dem Boden, der den beiden Bewirtschaftungstypen ausgesetzt war, nämlich Monokulturweizen und Weizen im Wechsel mit Hülsenfrüchten, sehr unterschiedlich war. Die kälteren, feuchteren Bedingungen im August führten dazu, dass die Anzahl der Protozoen im Boden der Monokultur signifikant abfiel, während die Anzahl der Bodenprotozoen in der der Rotation unterworfenen Parzelle ziemlich konstant blieb.

Gegen Ende der Vegetationsperiode war das Gegenteil der Fall, da die Bodenprotozoenzahlen der Rotationsfläche rasch abnahmen, während die Anzahl dieser Mikroben in der Monokulturfläche auf Zahlen anstieg, die mit den Zahlen zu Beginn der Saison vergleichbar waren.

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