20-årigt felteksperiment:Roter majs for bedre jordsundhed

Jordmikrober lever, arbejdende barometre for jordens sundhed. De er ansvarlige for at omdanne atmosfærisk nitrogen til former, planter kan bruge, og for at frigive nitrogen tilbage i luften. Gårdsforvaltningsbeslutninger påvirker utvivlsomt disse mikroskopiske arbejdsheste, men, indtil nu, forskere havde ikke et fuldstændigt billede af, hvordan sædskifte og jordbearbejdning påvirker jordens mikrobiome.

"Det meste af forskningen i jordens mikrobielle sundhed er blevet udført i laboratorie- eller drivhusmiljøer, eller i kortsigtede feltforsøg. Her i Illinois, vi har en fantastisk mulighed for at se på, hvad langsigtet landbrugsdrift gør ved jorden, " siger Maria Villamil, lektor i Institut for Afgrødevidenskaber ved University of Illinois og medforfatter på en ny undersøgelse offentliggjort i Videnskab om det samlede miljø .

Udnyttelse af et 20-årigt felteksperiment, Illinois afgrødeforskere påviste betydelige risici forbundet med kontinuerlige majsrotationer, både for jordens mikrobielle samfund og for miljøsundheden i større skala.

"For at opretholde udbytteniveauet under kontinuerlig majs, mere uorganisk nitrogen er påkrævet, derved intensiverer kvælstofcyklussen og forårsager en farlig sløjfe, " siger Gevan Behnke, hovedforfatter på studiet og postdoc-forsker i afgrødevidenskab. "Resultatet er forsuring og potentielle stigninger i nitrogentab og skadelige lattergasemissioner."

Roterende majs med sojabønner i et år eller mere dæmper effekten, fandt forskerne.

Illinois afgrødeforskere plantede først majs og sojabønne på forsøgsstedet i 1996, med nogle marker i kontinuerlig majs, andre i kontinuerlig sojabønner, og andre roterer årligt mellem afgrøderne. Inden for hvert beskæringssystem, markerne blev hverken dyrket eller mejslet hvert år.

Behnke analyserede jordprøver taget fra hver marktype i 2015 og 2016, udvinding af DNA og måling af fysiske og kemiske egenskaber.

"Dna-analysen var vigtig, fordi en masse problemer er relateret til nitrogenkredsløbet, om det er dinitrogenoxidemissioner, nitratudvaskning til vandområder, eller bare en giftig ophobning af nitrogen i jorden, "Siger Behnke." Derfor, vi studerede gener og mikrobielle grupper forbundet med fiksering, nitrifikation, og denitrifikation."

Processen med mikrobiel nitrifikation gør ammoniakgødning til nitrat, en meget mere mobil form forbundet med afstrømning og udvaskning. Denitrifikation, på den anden side, omdanner nitrat til gasform, herunder nitrogen og lattergas, en kraftig drivhusgas.

At lægge alle data sammen, forskerne fandt, at majs kontinuerligt øgede jordens organiske stof og surhedsgrad, og førte til en stigning i mikrober involveret i både nitrifikation og denitrifikation. Forskerne fandt det modsatte mønster i kontinuerlige sojabønner, og mellemresultater i majs-sojabønne-rotationerne.

"Tidligere undersøgelser har vist, at majs kontinuerligt udsender flere drivhusgasser, men vores undersøgelse forklarede hvorfor på et mikrobielt plan, " siger Behnke. "Det var godt at se vores resultater matche sådan."

Håndtering uden bearbejdning øgede jordens organiske stof, hvilket førte til mere sur jord og en stigning i mængden af ​​bakterier, der omdanner ammoniak til nitrat.

"Kvælstof efterlades på jorden på marker uden jordbearbejdning, der henviser til, at jordbearbejdning virkelig kan sprede det nitrogen ud over de øverste 10 centimeter. Imidlertid, jordbearbejdning i sig selv var ikke en så stærk drivkraft for mikrobiel overflod som sædskifte, "Siger Behnke." I sidste ende, at reducere antallet af majsår vil bidrage til at reducere de negative virkninger af kontinuerlig majs på jordens sundhed. "

Den første af sin slags undersøgelse giver ikke kun vigtige grundlæggende oplysninger om jordens sundhed i agronomiske systemer, den fastlægger også en grundlinje for fremtidig forskning.

Villamils ​​større forskningsprogram søger at forstå, hvordan dækafgrøder påvirker jordens mikrobielle aktivitet, når de tilføjes til majs- og sojrotationer. Hendes team offentliggjorde for nylig en analyse af eksisterende forskning om emnet og gennemførte to års markprøvetagning med dækafgrøder på det langsigtede sted.

"Store billede, vi ser på, om der er et potentiale til at manipulere jordens sundhed og mikrobiomet med dækafgrøder. I Illinois, vi er lidt fast i dette system af majs og sojabønne. Vores resultater viser, at vekslende majs med soja kan hjælpe, men de er virkelig meget ens afgrøder, begge meget udvindende, "Villamil siger." Vi er nødt til at øge mangfoldigheden af ​​afgrøder enten i tid eller i rummet, og jeg tror, ​​at dækafgrøder er en af ​​de løsninger, vi har i øjeblikket. Vi er nødt til at opnå bevidsthed. "

Hun tilføjer, at forbedring af jordens sundhed er af yderste vigtighed, uanset metode.

"Jordhygiejne har mange forbindelser med miljømæssig sundhed, hovedsageligt gennem drivhusgaskontrol, men også for menneskers sundhed. Nyere forskning finder sammenhænge mellem jordens mikrobielle biodiversitet og det menneskelige mikrobiom. Så der er et stærkt behov for virkelig at forstå jordens sundhedsfunktion inden for forskellige landbrugsindstillinger på grund af disse stærke forbindelser til miljømæssig sundhed og potentielt menneskers sundhed, " siger hun. "Sund jord understøtter sundt liv."

Artiklen, "Forsuring i majsmonokulturer favoriserer svampe, ammoniakoxiderende bakterier, og nirK-denitrifier grupper, "udgives i Videnskab om det samlede miljø .