Kmetijstvo kot ena od panog z velikim deležem emisij toplogrednih plinov je dolžno prispevati k zmanjšanju le-teh. Ohranitveno kmetijstvo in pristopi zmanjšane intenzitete obdelave so prepoznani kot eden od ključnih ukrepov, ki lahko pripomorejo k doseganju tega cilja preko povečane vezave ogljika v tla. Z nalogo smo želeli preveriti učinke 20-letne minimalne obdelave na sestavo talne mikrobne združbe v odvisnosti od velikosti strukturnih agregatov.
Dvajsetletni poskus v Moškanjcih je sestavljen iz obravnavanj konvencionalnega oranja (CT; oranje do 25 cm) in minimalne obdelave tal (MT; plitva obdelava do 10 cm, brez obračanja tal). V februarju 2020 smo za potrebe magistrske naloge vzorčili 4 naključne podparcelice konvencionalne in minimalne (CT in MT) obdelave tal v dveh globinah (0-10 in 10-20 cm). Odvzeli smo povprečne porušene vzorce tal, sestavljene iz 5 odvzetih sond ter neporušene vzorce, ki smo jih ločili na 3 velikostne frakcije strukturnih agregatov (<2 mm, 2-4 mm in 4-8 mm).
Skupnim, povprečnim vzorcem smo določili vsebnost rastlinam dostopnega kalija in fosforja, skupni ogljik in dušik, vsebnost nitrata in amonija, pH ter vsebnost karbonatov.
Preračunali smo še vsebnost organskega ogljika. V izbranih velikostnih frakcijah strukturnih agregatov smo poleg skupnega ogljika in dušika ter nitrata in amonija določili še topni organski ogljik in dušik. Za določanje obstojnosti strukturnih agregatov smo uporabili metodo mokrega sejanja in metodo po Sekeri. Iz frakcioniranih vzorcev smo za oceno mikrobne biomase izolirali DNK. S kvantifikacijo (qPCR) splošnih bakterijskih in ali krenarhejskih 16S rRNK ter glivnih ITS genov smo določili velikost in sestavo mikrobne združbe. Poleg tega smo določili še številčnost denitrifikacijskega gena nosZII, ki kodira encim N2O reduktazo, ta katalizira redukcijo N2O do atmosferskega dušika.
Tako skupni kot frakcionirani vzorci obravnavanja MT so v zgornji globini vsebovali značilno več skupnega ogljika. Med izbranimi velikostnimi skupinami strukturnih agregatov znotraj obravnavanj se vsebnost ni razlikovala. Tudi mikrobna biomasa je bila značilno največja v MT 0-10 cm. Kot vsebnost skupnega ogljika se tudi mikrobna biomasa med frakcijami znotraj obravnavanj ni razlikovala. Po številčnosti so bile združbe največje v obravnavanju MT 0-10 cm. Za nobeno od združb se število kopij tarčnih genov med frakcijami znotraj obravnavanja ni razlikovalo. S kvantifikacijo tarčnih genov se je v vseh obravnavanjih kot največja izkazala bakterijska združba; sledila je glivna; najmanjša je bila krenarhejska.
Različna intenziteta obdelave tal ni vplivala na deleže izbranih velikostnih skupin strukturnih agregatov (<2, 2-4, 4-8 mm). Odražala pa se je v obstojnosti strukturnih agregatov. Največji delež strukturnih agregatov je v vseh obravnavanjih predstavljala največja frakcija (4-8 mm).
Obstojnost preučevanih frakcij je bila največja pri obravnavanju MT (78,8 %) in se je značilno razlikovala od obstojnosti agregatov velikostne frakcije 1-2 mm v obravnavanju CT 0-10 cm (40,3 %). Obstojnost ostalih frakcij obravnavanja CT je bila sicer precej manjša (51,8 %) vendar se te niso značilno razlikovale od MT. Večjo obstojnost strukturnih agregatov obravnavanja MT 0-10 cm lahko pojasnimo z večjo vsebnostjo organske snovi (Corg) ter povečano mikrobno biomaso, medtem ko tekstura na razliko ni imela vpliva.
Izbrane velikostne skupine strukturnih agregatov se namreč med obravnavanji niso razlikovale v teksturi. Skupen delež dušika se je gibal med 0,21 in 0,13 %. Največji je bil v obravnavanju MT 0-10 cm in se je značilno razlikoval od drugih obravnavanj. Obdelava ni značilno vplivala na pH tal, ki je bil povprečno 6,6, ter na vsebnost karbonatov v tleh (0,8
%). Vsebnost rastlinam dostopnega kalija (K2O) je bila prav tako značilno največja v zgornji globini MT. Vsebnost rastlinam dostopnega fosforja (P2O5) se je značilno razlikovala med obravnavanjem MT 0-10 cm in CT 0-10 cm.
Dolgoročnost poskusa nam je omogočila oceno vpliva obdelave na kemijske in biološke lastnosti tal, ki se pokažejo šele z večjim časovnim zamikom. Toda predvsem na biološke lastnosti vpliva tudi čas vzorčenja, ki smo ga v predstavljeni študiji opravili med mirovanjem. Tako bi bilo smiselno predstavljeno delo nadgraditi z več vzorčenji ter s spremljanjem aktivnosti mikroorganizmov v tleh. Prav tako bi bilo zaradi velike variabilnosti lastnosti v frakcioniranih vzorcih analize potrebno opraviti v več ponovitvah.
8 VIRI
Aislabie J., Deslippe J. R. 2013. Soil microbes and their contribution to soil services. V:
Ecosystem services in New Zealand – Conditions and Trends. Dymond J. R. (ur.), Lincoln, Manaaki Whenua Press: 143-161
Alvarez R., Steinbach H. S. 2019. A review of the effects of tillage systems on some soil physical properties, water content, nitrate availability and crops yield in the Argentine Pampas. Soil & Tillage Research, 104: 1-15
Belmonte S. A., Celi L., Stahel R. J., Bonifacio E., Novello V., Zanini E., Steenwerth K.
2018. Effect of long-term soil management on the mutual interaction among soil organic matter, microbial activity and aggregate stability in a vineyard. Pedosphere, 28: 288-298 Blagodatskaya E., Kuzyakov Y. 2013. Active microorganisms in soil: critical review of
estimation criteria and approaches. Soil Biology and Biochemistry, 67: 192-211
Blanco-Canqui H., Wortmann C. S. 2020. Does occasional tillage undo the ecosystem services gained with no-till? A review. Soil and Tillage Research, 198: 104534, doi:
10.1016/j.still.2019.104534: 14 str.
Bronick C. J., Lal R. 2005. Soil structure and management: a review. Geoderma, 124: 3-22 Bu R., Ren T., Lei M., Liu B., Li X., Cong R., Zhang Y., Lu R. 2020. Tillage and straw-returning practices effect on soil dissolved organic matter, aggregate fraction and bacteria community under rice-rice-rapeseed rotation system. Agriculture, Ecosystems and Environment, 287: 106681, doi: 10.1016/j.agee.2019.106681: 8 str.
Chellappa J., Sagar K. L., Sekaran U., Kumar S. 2021. Soil organic carbon, aggregate stability and biochemical activity under tilled and no-tilled agroecosystems. Journal of Agriculture and Food Research, 4: 100139, doi:10.1016/j.jafr.2021.100139: 10 str.
Climate change adaptation in the agriculture sector in Europe. 2019. Luxembourg, Publications Office of the European Union: 112 str.
Dhaliwal S. S., Naresh R. K., Gupta R. K., Panwar A. S., Mahajan N. C., Singh R., Mandal A. 2019. Effect of tillage and straw return on carbon footprints, soil organic carbon fractions and soil microbial community in different textured soils under rice–wheat rotation: a review. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 19: 103-115 D'Hose T., Molendijk L., Van Vooren L., den Berg W., Hoek H., Runia W., van Evert F.,
ten Berge H., Spiegel H., Sanden T., Grignani C., Ruysschaert G. 2018. Responses of soil biota to non-inversion tillage and organic amendments: An analysis on European multiyear field experiments. Pedobiologia, 66: 18-28
Dos Reis Ferreira C., da Silva Neto E. C., Gervasio Pereira M., Guedes J. N., Rosset J. S., Cunha dos Anjos L. H. 2020. Dynamics of soil aggregation and organic carbon fractions over 23 years of no-till management. Soil and Tillage Research, 198: 104533, doi:
10.1016/j.still.2019.104533: 9 str.
Gonzalez-Chavez C., Aitkenhead-Peterson A., Gentry T. J., Zuberer D., Hons F., Loeppert R. 2010. Soil microbial community, C, N and P responses to long-term tillage and crop rotation. Soil and Tillage Research, 106: 285-293
Gmach M. R., Cherubin M. R., Kaiser K., Cerri C. E. P. 2020. Processes that influence dissolved organic matter in the soil: a review. Scientia Agricola, 3: 77-88
Grčman H., Zupan M. 2010. Praktična pedologija. Ljubljana, Center za pedologijo in varstvo okolja: 53 str.
Guo Y., Fan R., Zhang X., Zhang Y., Wu D., McLaughlin N., Zhang S., Chen X., Jia S., Liang A. 2020. Tillage-induced effects on SOC through changes in aggregate stability and soil pore structure. Science of the Total Environment, 708: 134617, doi:
/10.1016/j.scitotenv.2019.134617: 9 str.
Helgason B. L., Walley F. L., Germida J. J. 2010. No-till soil management increases microbial biomass and alters community profiles in soil aggregates. Applied Soil Ecology, 46: 390-397
Hydbom S., Emfors M., Birgander J., Hollander J., Steen Jansen E., Olsson P.A. 2017.
Reduced tillage stimulated symbiotic fungi and microbial saprotrophs, but did not lead to a shift in the saprotrophic microorganism community structure. Applied Soil Ecology, 119: 104-114
ISO 10390. Soil quality – determination of pH. 2005: 5 str.
ISO 10693. Soil quality - Determination of carbonate content - Volumetric method. 1996: 7 str.
ISO 10694. Soil quality - Determination of organic and total carbon after dry combustion.
1996: 7 str.
ISO 11464. Soil quality – Pretreatment of samples for physio-chemical analysis. 2006: 11 str.
ISO 11277. Soil quality – Determination of particle size distribution in mineral soil - Method by sieving and sedimentation. 2009: 34 str.
ISO 13878. Soil quality - Determination of total nitrogen content after dry combustion (incineration at 900 C in the CN analyser and defining with the tcd detector). 1995: 5 str.
Jones C.M., Graf D.R.H., Bru D., Philippot L., Hallin S. 2013. The unaccounted yet abundant nitrous oxide-reducing microbial community: a potential nitrous oxide sink.
The ISME Journal, 7: 417-426
Kaurin A., Mihelič R., Kastelec D., Schloter M., Suhadolc M., Grčman H. 2015.
Consequences of minimum soil tillage on abiotic soil properties and composition of microbial communities in a shallow Cambisol originated from fluvioglacial deposits.
Biology and Fertility of Soils, 51: 8, doi: 10.1007/s00374-015-1037-9: 11 str.
Kaurin A., Mihelič R., Kastelec D., Grčman H., Bru D., Philippot L., Suhadolc M. 2018.
Resilience of bacteria, archaea, fungi and N-cycling microbial guilds under plough and conservation tillage, to agricultural drought. Soil Biology and Biochemistry, 120: 233-245
Kladivko E. J. 2001. Tillage system and soil ecology. Soil and Tillage Research, 61: 61-76 Kraut-Cohen J., Zolti A., Shaltiel-Herpaz L., Argaman E., Rabinovich R., Green S. J., Minz
D. 2020. Effects of tillage practices on soil microbiome and agricultural parameters.
Science of the Total Environment, 706: 135791, doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.135791:
13 str.
Li F., Qiu P., Shen B., Shen Q. 2019. Soil aggregate size modifies the impacts of fertilization on microbial communities. Geoderma, 343: 205-214
Li Y., Li Z., Cui S., Liang G., Zhang Q. 2021. Microbial- derived carbon components are critical for enhancing soil organic carbon in no-tillage croplands: A global perspective.
Soil and Tillage Research, 205: 104758, doi: 10.1016/j.still.2020.104804: 7 str.
Mangalassery S., Mooney S. J., Sparkes D. L., Fraser W. T., Sjogersten S. 2015. Impacts of zero tillage on soil enzyme activities, microbial characteristics and organic matter functional chemistry in temperate soils. European Journal of Soil Biology, 68: 9-17 Mihelič R., Suhadolc M. 2019. Ohranitvena obdelava tal v ekološkem kmetijstvu in
kakovost tal. V: Novi izzivi v agronomiji 2019: zbornik simpozija. Laško, 2019.
Ljubljana: Slovensko agronomsko društvo: 15-21
Mueller B. 2015. Experimental interactions between clay minerals and bacteria: a review.
Pedosphere, 25: 799-810
Muruganandam S., Israel D. W., Robarge W. P. 2009. Activities of nitrogen mineralization enzymes associated with soil aggregate size fractions of three tillage systems. Soil Science Society of America Journal, 73: 751–759
Murugan R., Djukic I., Keiblinger K., Zehetner F., Bierbaumer M., Zechmeister-Boltemstern S., Joergernsen R. G. 2019. Spatial distribution of microbial biomass and residues across soil aggregate fractions at different elevations in the Central Austrian Alps. Geoderma, 339: 1-8
Muyzer G., Waal E. C., Uitterlinden A. G. 1993. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Applied Environmental Microbiology, 59: 695-700
Niu Y., Cai Y., Chen Z., Lou J., Di H. J., Yu H., Zhu A., Ding W. 2019. No-tillage did not increase organic carbon storage but stimulated N2O emissions in an intensively cultivated sandy loam soil: A negative climate effect. Soil and Tillage Research, 195: 104419, doi:
10.1016/j.still.2019.104419: 11 str.
Oades J. M. 1984. Soil organic matter and structural stability: mechanisms and implications for management. Plant and Soil, 76: 319–337
Ochsenreiter T. D. S., Quaiser A., Bonch-Osmolovskaya L., Schleper C. 2003. Diversity and abundance of Crenarchaeota in terrestrial habitats studied by 16S RNA surveys and real time PCR. Environmental Microbiology, 59: 787-797
Opara-Nadi O.A. 1993. Conservation tillage for increased crop production. Soil Resources, Management and Conservation Service, Land and Water Development Division. FAO http://www.fao.org/3/t1696e/T1696e00.htm#TopOfPage (23. jul. 2021)
Page K. L., Dang Y. P., Dalal R. C. 2020. The ability of conservation agriculture to conserve soil organic carbon and the subsequent impact on soil physical, chemical, and biological properties and yield. Frontiers in Sustainable Food Systems, 4: 31, doi:
0.3389/fsufs.2020.00031: 17 str.
Plaster E. J. 2009. Soil Science and Management. 6th ed. New York, Delmar Cengage Learning: 544 str.
Rahmati M., Eskandari I., Kouselou M., Feiziasl V., Mahdavinia G. R., Aliasgharzad N., McKenzie B. M. 2020. Changes in soil organic fractions and residence time five years after implementing conventional and conservation tillage practices. Soil and Tillage Research, 200: 104632, doi: 10.1016/j.still.2020.104632: 7 str.
Rowell D. 1994. Soil science: methods and applications. Essex, England: Longman Scientific & Technical: 360 str.
Scheu S., Maraun M., Bonkowski M., Alphei J. 1996. Microbial biomass and respiratory activity in soil aggregates of different sizes from three beechwood sites on a basalt hill.
Biological fertility of Soils, 21: 69-76
Sharma S. K., Ramesh A., Sharma M. P., Joshi O. P., Govaerts B., Steenwerth K. L., Karlen D. L. 2010. Microbial community structure and diversity as indicators for evaluating soil quality. V: Biodiversity, biofuels, agroforestry and conservation agriculture. Lichtfouse E. (ur.). 5. Dijon, Springer: 317-358
Stajnko D. 2017. Obdelovanje tal in protierozijska zaščita na vodovarstvenih območjih.
Maribor, Univerzitetna založba Univerze v Mariboru: 120 str.
Suhadolc M. 2013. Biotski indikatorji kakovosti tal. V: Novi izzivi v agronomiji 2013:
zbornik simpozija. Zreče, 2013. Ljubljana: Slovensko agronomsko društvo: 50-55 Tisdall J. M., Oades J. M. 1982. Organic matter and water-stable aggregates in soils.
European Journal of Soil Science, 33: 141-163
Vazzani M. F., Anderson C., Meenken E., Gillespie R., Peterson M., Beare M. H. 2018. The importance of plants to development and maintenance of soil structure, microbial communities and ecosystem functions. Soil and Tillage Research, 175: 139-149
White T., Bruns T., Lee S., Taylor J. 1990. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. V: PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications. Innis M., Gelfand D., Shinsky J., White T. (ur.). San Diego, Academic Press: 315-322
Zhang X., Xin X., Zhu A., Yang W., Zhang J., Ding S., Mu L., Shao L. 2018. Linking macroaggregation to soil microbial community and organic carbon accumulation under different tillage and residue managements. Soil and Tillage Research, 178: 99-107 Zhao Z., Gao S., Lu C., Li X., Li F., Wang T. 2021. Effects of different tillage and
fertilization management practices on soil organic carbon and aggregates under rice-wheat rotation system. Soil and Tillage Research, 212: 105071, doi:
10.1016/j.still.2021.105071: 9 str.
ZAHVALA
Velika zahvala gre vsem, ki ste mi stali ob strani skozi celoten študij s spodbudnimi besedami in drobnimi uslugami. Posebna zahvala pa gre tudi vsem, ki ste prispevali svoj
delček k nastajanju te naloge.
PRILOGA A
Povprečna vsebnost DNK in število kopij tarčnih genov bakterij, gliv in krenarhej po obravnavanjih (CT in MT), globinah vzorčenja (0-10 in (0-10-20 cm) in frakcijah strukturnih agregatov (<2, 2-4, 4-8 mm). Male črke označujejo statistično značilne razlike med
obravnavanji (Tukeyev HSD test, p < 0,05)
Obravnav
PRILOGA B
Povprečna vsebnost skupnega ogljika (TC), topnega organskega ogljika (DOC), skupnega dušika (TN), topnega organskega dušika (DOC) , nitrata (NO3-N), amonija (NH4-N) ter C/N razmerje po obravnavanjih (CT in MT), globinah vzorčenja (0-10 in 10-20 cm) in frakcijah strukturnih agregatov (<2, 2-4, 4-8 mm). Male črke označujejo statistično značilne razlike med obravnavanji (Tukeyev HSD
test, p < 0,05)
PRILOGA C
Vpliv intenzitete obdelave na deleže izbranih velikostnih skupin strukturnih agregatov in na obstojnost strukturnih agregatov
PRILOGA C 1
Deleži izbranih frakcij strukturnih agregatov (<2, 2-4 in 4.8 mm) po obravnavanjih (CT in MT) in globinah vzorčenja (0-10 cm in 10-20 cm). Med obravnavanji ni statistično značilnih razlik (Tukeyev HSD test, p < 0,05)
PRILOGA C 2
Povprečje obstojnih strukturnih agregatov, pridobljenih z mokrim sejanjem po obravnavanjih (CT in MT), globinah vzorčenja (0-10 in 10-20 cm) in frakcijah strukturnih agregatov (<2, 2-4, 4-8 mm). Male črke označujejo statistično značilne razlike med obravnavanji (Tukeyev HSD test, p < 0,05)
Obravnavanje CT CT MT MT