معلومة

31.2: التربة - علم الأحياء

31.2: التربة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مهارات التطوير

  • صف كيف تتشكل التربة
  • اشرح تكوين التربة
  • وصف ملف تعريف التربة

تحصل النباتات على عناصر غير عضوية من التربة ، والتي تعمل كوسيط طبيعي لنباتات الأرض. التربة هي الطبقة الخارجية الفضفاضة التي تغطي سطح الأرض. لا تعتمد جودة التربة على التركيب الكيميائي للتربة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على التضاريس (السمات السطحية الإقليمية) ووجود الكائنات الحية. في الزراعة ، يعدل تاريخ التربة ، مثل ممارسات الزراعة والمحاصيل السابقة ، خصائص وخصوبة تلك التربة.

تتطور التربة ببطء شديد على مدى فترات طويلة من الزمن ، وينتج تكوينها عن قوى طبيعية وبيئية تعمل على المعادن والصخور والمركبات العضوية. يمكن تقسيم التربة إلى مجموعتين: التربة العضوية هي تلك التي تتكون من الترسيب وتتكون أساسًا من مادة عضوية ، بينما تسمى التربة التي تتكون من تجوية الصخور وتتكون أساسًا من مواد غير عضوية ، التربة المعدنية. التربة المعدنية هي السائدة في النظم البيئية الأرضية ، حيث يمكن تغطية التربة بالمياه لجزء من السنة أو معرضة للغلاف الجوي.

تكوين التربة

تتكون التربة من هذه المكونات الرئيسية (الشكل ( PageIndex {1} )):

  • مادة معدنية غير عضوية ، حوالي 40 إلى 45 في المائة من حجم التربة
  • المواد العضوية ، حوالي 5 في المائة من حجم التربة
  • الماء والهواء ، حوالي 50 في المائة من حجم التربة

تعتمد كمية كل مكون من المكونات الأربعة الرئيسية للتربة على كمية الغطاء النباتي وضغط التربة والمياه الموجودة في التربة. تحتوي التربة الصحية الجيدة على ما يكفي من الهواء والماء والمعادن والمواد العضوية لتعزيز الحياة النباتية واستدامتها.

تمرين ( PageIndex {1} )

يمكن أن يحدث انضغاط التربة عندما يتم ضغط التربة بواسطة الآلات الثقيلة أو حتى حركة السير على الأقدام. كيف يمكن لهذا الضغط أن يغير تكوين التربة؟

إجابة

يقل محتوى الهواء في التربة.

تتكون المادة العضوية للتربة ، التي تسمى الدبال ، من كائنات دقيقة (ميتة وحيّة) ، وحيوانات ونباتات ميتة في مراحل متفاوتة من الاضمحلال. يحسن الدبال بنية التربة ويزود النباتات بالمياه والمعادن. تتكون المادة غير العضوية للتربة من صخور ، تنقسم ببطء إلى جزيئات أصغر تختلف في الحجم. جسيمات التربة التي يتراوح قطرها بين 0.1 و 2 مم هي رمل. تسمى جزيئات التربة التي يتراوح قطرها بين 0.002 و 0.1 مم بالطمي ، وحتى الجسيمات الأصغر ، التي يقل قطرها عن 0.002 مم ، تسمى الطين. بعض أنواع التربة ليس لها حجم جزيئي سائد وتحتوي على خليط من الرمل والطمي والدبال ؛ تسمى هذه التربة الطفيلية.

تكوين التربة هو نتيجة لمجموعة من العمليات البيولوجية والفيزيائية والكيميائية. يجب أن تحتوي التربة بشكل مثالي على 50 بالمائة من المواد الصلبة و 50 بالمائة من مساحة المسام. يجب أن يحتوي نصف مساحة المسام على الماء والنصف الآخر يحتوي على هواء. يعمل المكون العضوي للتربة كعامل تدعيم ، ويعيد العناصر الغذائية إلى النبات ، ويسمح للتربة بتخزين الرطوبة ، ويجعل التربة قابلة للحرث للزراعة ، ويوفر الطاقة للكائنات الحية الدقيقة في التربة. معظم الكائنات الحية الدقيقة في التربة - البكتيريا أو الطحالب أو الفطريات - نائمة في التربة الجافة ، ولكنها تصبح نشطة بمجرد توفر الرطوبة.

لا يعتبر توزيع التربة متجانسًا لأن تكوينها ينتج عنه طبقات ؛ معًا ، يُطلق على القسم الرأسي من التربة اسم التربة. ضمن ملف التربة ، يحدد علماء التربة مناطق تسمى الآفاق. الأفق هو طبقة من التربة ذات خصائص فيزيائية وكيميائية مميزة تختلف عن تلك الخاصة بالطبقات الأخرى. هناك خمسة عوامل مسؤولة عن تكوين التربة: المادة الأم ، والمناخ ، والتضاريس ، والعوامل البيولوجية ، والوقت.

المواد الأم

المادة العضوية وغير العضوية التي تتكون فيها التربة هي المادة الأم. تتشكل التربة المعدنية مباشرة من تجوية صخور الأساس ، وهي الصخور الصلبة التي تقع تحت التربة ، وبالتالي ، فإن لها تكوينًا مشابهًا للصخور الأصلية. تتشكل أنواع التربة الأخرى في مواد أتت من مكان آخر ، مثل الرمل والانجراف الجليدي. المواد الموجودة في عمق التربة لم تتغير نسبيًا مقارنة بالمواد المترسبة. قد يكون للرواسب في الأنهار خصائص مختلفة ، اعتمادًا على ما إذا كان التيار يتحرك بسرعة أو ببطء. يمكن أن يحتوي النهر سريع الحركة على رواسب من الصخور والرمال ، في حين أن النهر بطيء الحركة يمكن أن يحتوي على مواد ذات نسيج ناعم ، مثل الطين.

مناخ

تسبب درجات الحرارة والرطوبة والرياح أنماطًا مختلفة من التجوية وبالتالي تؤثر على خصائص التربة. كما أن وجود الرطوبة والعناصر المغذية الناتجة عن التجوية سيعزز النشاط البيولوجي: وهو عنصر أساسي في جودة التربة.

الطبوغرافيا

يمكن أن يكون لخصائص السطح الإقليمية (المعروفة باسم "أرض الأرض") تأثير كبير على خصائص التربة وخصوبتها. تؤثر التضاريس في جريان المياه ، مما يؤدي إلى تجريد المواد الأم ويؤثر على نمو النبات. تكون التربة شديدة الانحدار أكثر عرضة للتآكل وقد تكون أرق من التربة المسطحة أو المستوية نسبيًا.

العوامل البيولوجية

يؤثر وجود الكائنات الحية بشكل كبير على تكوين التربة وبنيتها. يمكن أن تنتج الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة مسامًا وشقوقًا ، ويمكن أن تخترق جذور النباتات الشقوق لإنتاج مزيد من التفتت. تعمل إفرازات النبات على تعزيز نمو الكائنات الحية الدقيقة حول الجذر ، في منطقة تُعرف باسم الغلاف الجذور. بالإضافة إلى ذلك ، تتحلل الأوراق والمواد الأخرى التي تتساقط من النباتات وتساهم في تكوين التربة.

زمن

الوقت عامل مهم في تكوين التربة لأن التربة تتطور على مدى فترات طويلة. تشكل التربة عملية ديناميكية. تترسب المواد بمرور الوقت وتتحلل وتتحول إلى مواد أخرى يمكن أن تستخدمها الكائنات الحية أو تترسب على سطح التربة.

الخصائص الفيزيائية للتربة

يتم تسمية التربة وتصنيفها بناءً على آفاقها. يتكون قطاع التربة من أربع طبقات متميزة: 1) يا أفق ؛ 2) أفق. 3) الأفق ب ، أو باطن الأرض ؛ و 4) C horizon أو قاعدة التربة (الشكل ( PageIndex {2} )). يحتوي الأفق O على مادة عضوية متحللة حديثًا - الدبال - على سطحه ، مع نباتات متحللة في قاعدته. يُثري الدبال التربة بالمغذيات ويعزز الاحتفاظ برطوبة التربة. عادة ما يكون عمق التربة - الطبقة العليا من التربة - من بوصات إلى ثلاث بوصات ، ولكن هذا العمق يمكن أن يختلف بشكل كبير. على سبيل المثال ، تحتوي دلتا الأنهار مثل دلتا نهر المسيسيبي على طبقات عميقة من التربة السطحية. التربة السطحية غنية بالمواد العضوية ؛ تحدث العمليات الميكروبية هناك ، وهي "العمود الفقري" للإنتاج النباتي. يتكون الأفق من مزيج من المواد العضوية مع المنتجات غير العضوية للعوامل الجوية ، وبالتالي فهو بداية التربة المعدنية الحقيقية. عادة ما يكون هذا الأفق ملونًا داكنًا بسبب وجود مادة عضوية. في هذه المنطقة ، تتسرب مياه الأمطار عبر التربة وتحمل المواد من السطح. الأفق B هو تراكم لمواد ناعمة في الغالب تحركت إلى أسفل ، مما أدى إلى طبقة كثيفة في التربة. في بعض أنواع التربة ، يحتوي الأفق B على عقيدات أو طبقة من كربونات الكالسيوم. يشمل الأفق C ، أو قاعدة التربة ، المادة الأم ، بالإضافة إلى المواد العضوية وغير العضوية التي يتم تكسيرها لتشكيل التربة. قد يتم إنشاء المادة الأم في مكانها الطبيعي ، أو نقلها من مكان آخر إلى موقعها الحالي. تحت الأفق C يقع حجر الأساس.

تمرين ( PageIndex {1} )

أي الأفق يعتبر التربة السطحية وأيها يعتبر التربة التحتية؟

إجابة

الأفق أ هو التربة السطحية ، والأفق ب هو باطن التربة.

قد تحتوي بعض أنواع التربة على طبقات إضافية ، أو تفتقر إلى إحدى هذه الطبقات. يختلف سمك الطبقات أيضًا ، ويعتمد على العوامل التي تؤثر على تكوين التربة. بشكل عام ، قد يكون للتربة غير الناضجة آفاق O و A و C ، بينما قد تعرض التربة الناضجة كل هذه الآفاق بالإضافة إلى طبقات إضافية (الشكل ( PageIndex {3} )).

العلاقات المهنية: عالم التربة

يدرس عالم التربة المكونات البيولوجية والخصائص الفيزيائية والكيميائية وتوزيع وتشكيل وتشكل التربة. يحتاج علماء التربة إلى خلفية قوية في العلوم الفيزيائية وعلوم الحياة ، بالإضافة إلى أساس في الرياضيات. قد يعملون للوكالات الفيدرالية أو الحكومية أو الأوساط الأكاديمية أو القطاع الخاص. قد يشمل عملهم جمع البيانات وإجراء البحوث وتفسير النتائج وفحص التربة وإجراء مسوحات التربة والتوصية ببرامج إدارة التربة.

يعمل العديد من علماء التربة في المكتب وفي الميدان. وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA): "يحتاج عالم التربة إلى مهارات مراقبة جيدة لتحليل وتحديد خصائص أنواع مختلفة من التربة. أنواع التربة معقدة وتتنوع المناطق الجغرافية التي قد يقوم عالم التربة بمسحها. غالبًا ما تُستخدم الصور الجوية أو صور الأقمار الصناعية المختلفة للبحث في المناطق. تساعد مهارات الكمبيوتر وأنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) العالم على تحليل الجوانب المتعددة للجيومورفولوجيا والتضاريس والغطاء النباتي والمناخ لاكتشاف الأنماط المتبقية على المناظر الطبيعية. "1 يلعب علماء التربة دورًا رئيسيًا في فهم ماضي التربة وتحليلها الظروف الحالية ، وتقديم توصيات للممارسات المستقبلية المتعلقة بالتربة.

تحصل النباتات على المغذيات المعدنية من التربة. تعتمد جودة التربة على التركيب الكيميائي للتربة والتضاريس ووجود الكائنات الحية والمناخ والوقت. قد تؤدي الممارسات والتاريخ الزراعيان أيضًا إلى تعديل خصائص التربة وخصوبتها. تتكون التربة من أربعة مكونات رئيسية: 1) المواد المعدنية غير العضوية ، 2) المواد العضوية ، 3) الماء والهواء ، 4) المادة الحية. تتكون المادة العضوية للتربة من الدبال ، مما يحسن بنية التربة ويوفر المياه والمعادن. تتكون المواد غير العضوية للتربة من الصخور التي تنقسم ببطء إلى جزيئات أصغر تختلف في الحجم ، مثل الرمل والطمي والطين.

ينتج تكوين التربة عن مجموعة من العمليات البيولوجية والفيزيائية والكيميائية. التربة ليست متجانسة لأن تكوينها يؤدي إلى إنتاج طبقات تسمى ملف تعريف التربة. تشمل العوامل التي تؤثر على تكوين التربة: المادة الأم ، والمناخ ، والتضاريس ، والعوامل البيولوجية ، والوقت. تصنف التربة بناءً على آفاقها وحجم جسيمات التربة ونسبها. تحتوي معظم أنواع التربة على أربعة آفاق مميزة: O و A و B و C.

  1. 1 دائرة حفظ الموارد الوطنية / وزارة الزراعة الأمريكية. "وظائف في علوم التربة." التربةs.usda.gov/education/facts/careers.html

قائمة المصطلحات

أفق
يتكون من خليط من المواد العضوية مع المنتجات غير العضوية للعوامل الجوية
أفق ب
طبقة التربة التي هي عبارة عن تراكم لمواد ناعمة في الغالب انتقلت إلى أسفل
حجر الأساس
الصخور الصلبة التي تقع تحت التربة
أفق ج
طبقة من التربة تحتوي على المادة الأم ، والمواد العضوية وغير العضوية التي تتفكك لتشكل التربة ؛ يُعرف أيضًا باسم قاعدة التربة
طين
جسيمات التربة التي يقل قطرها عن 0.002 مم
الأفق
طبقة تربة ذات خواص فيزيائية وكيميائية مميزة ، والتي تختلف عن الطبقات الأخرى حسب كيفية تكوينها وتوقيتها
الدبال
مادة عضوية للتربة تتكون من كائنات دقيقة وحيوانات ونباتات ميتة في مراحل متفاوتة من الاضمحلال
طفال
التربة التي ليس لها حجم جسيم مهيمن
تربة معدنية
نوع التربة التي تتكون من تجوية الصخور والمواد غير العضوية ؛ تتكون بشكل أساسي من الرمل والطمي والطين
يا أفق
طبقة من التربة مع الدبال على السطح والنباتات المتحللة في القاعدة
التربة العضوية
نوع التربة المتكونة من الترسيب ؛ تتكون في المقام الأول من مواد عضوية
المواد الأم
المواد العضوية وغير العضوية التي تتكون فيها التربة
جذور
منطقة من التربة تتأثر بإفرازات الجذور والكائنات الحية الدقيقة
رمل
جسيمات التربة التي يتراوح قطرها بين 0.1 و 2 مم
الطمي
جزيئات التربة التي يتراوح قطرها بين 0.002 و 0.1 مم
ملف التربة
المقطع الرأسي للتربة
تربة
الطبقة الخارجية السائبة التي تغطي سطح الأرض

تغيرات Biochar بوساطة في جودة التربة ونمو النبات في تجربة ميدانية مدتها ثلاث سنوات

في حين أن العديد من الدراسات المختبرية قد ركزت على الآثار قصيرة المدى لإضافة الفحم الحيوي إلى التربة) ، كان هناك القليل نسبيًا لتتبع آثاره على المدى الطويل في هذا المجال. بحثت هذه الدراسة في التأثير متعدد السنوات للفحم الحيوي على أداء المحاصيل وجودة التربة مع التركيز بشكل خاص على الكربون (C) والنيتروجين (N) على مدى فترة 3 سنوات. تمت إضافة Biochar إلى حقل زراعي عند 0 و 25 و 50 طن هكتار وزُرعت بالذرة (السنة 1) والعشب (السنوات 2 و 3). أثرت إضافة الفحم الحيوي على أداء النبات في المحصول العشبي مع زيادات كبيرة في الكتلة الحيوية الورقية N (السنة 2) والكتلة الحيوية فوق الأرض (السنة 3). تحت الأرض ، زاد الفحم الحيوي من تنفس التربة ومعدل نمو الفطريات والبكتيريا ودورانها في العام 2. تزامن هذا التغيير مع تحول نحو مجتمع محلل تهيمن عليه البكتيريا ، مما يشير إلى انخفاض في إمكانية عزل C بوساطة ميكروبية. لم يؤثر Biochar على C العضوي المذاب (DOC) و N (DON) ، NO3 - أو NH4 + أحجام حمامات السباحة. وبالمثل ، فإن إضافة الفحم الحيوي كان لها تأثيرات محدودة على معدل دوران 14 SOC (فضلات النباتات) التي تحمل علامة C ، و DOC (السكريات والأحماض العضوية) و DON (الأحماض الأمينية) وليس لها تأثير طويل المدى على تمعدن N ، NH3 التطاير ونزع النتروجين و NH4 + الامتصاص. بعد 3 سنوات في هذا المجال ، تم تحييد القلوية المرتبطة بالفحم الحيوي تمامًا وفقد الفحم الحيوي معظم كاتيوناته (K ، Na ، Ca) ولكن تم تكوين مجتمع ميكروبي مرتبط به. نستنتج أن إضافة الفحم الحيوي إلى التربة تسبب تغيرات صغيرة وعابرة في عمل النظام البيئي الزراعي المعتدل. الأهم من ذلك ، أن العديد من التأثيرات قصيرة المدى للفحم الحيوي على نمو النبات وسلوك التربة التي تم الإبلاغ عنها من الدراسات المختبرية لم يتم ملاحظتها في هذا المجال مع التأكيد على الحاجة إلى تجارب ميدانية طويلة الأجل للمساعدة في إبلاغ قرارات الإدارة الزراعية التي تتضمن الفحم الحيوي.

يسلط الضوء

► تسبب Biochar في تحولات مؤقتة في تنفس التربة وهيكل المجتمع الميكروبي. ► تسبب Biochar في تغييرات صغيرة فقط في دورة الكربون والنيتروجين في التربة. ► Biochar لم يكن له آثار سلبية ملحوظة على جودة التربة أو إنتاج المحاصيل. التأثيرات قصيرة المدى للفحم الحيوي التي لوحظت في المختبر لم تكن واضحة في هذا المجال.


ينقل Snowpack مجتمع البكتيريا الزرقاء في قشور التربة البيولوجية

تعتبر كتل الجليد الشتوية مصدرًا مهمًا للرطوبة التي تؤثر على تطور قشور التربة البيولوجية (BSCs) في النظم البيئية الصحراوية. البكتيريا الزرقاء هي كائنات حية ضوئية مهمة في BSCs. ومع ذلك ، فإن استجابات مجتمع البكتيريا الزرقاء في BSCs لتكتل الثلج وعمق الثلج وذوبان الثلوج لا تزال غير معروفة. في هذه الدراسة ، درسنا تكوين المجتمع البكتيري الأزرق وتنوعه في BSCs تحت معالجات ثلجية مختلفة (الثلج المضاعف والثلج المحيط والثلوج المزالة) وثلاث مراحل للثلج (المرحلة 1 ، المرحلة 2 من الثلج ، ذوبان الثلج والمرحلة 3 ، الثلج الذائب) في صحراء Gurbantunggut في الصين. في المرحلتين 1 و 2 ، كانت البكتيريا الزرقاء هي الفرع المهيمن في المجتمع البكتيري في معالجة الثلج الذي تمت إزالته ، بينما كانت البكتيريا المتقلبة والبكترويدات وفيرة في المجتمعات البكتيرية في الثلج المحيط ومضاعفة معالجات الثلج. ازدادت الوفرة النسبية للبروتيوبكتريا والبكتيريا مع زيادة عمق الثلج. الوفرة النسبية للبكتيريا الزرقاء والأنواع البكتيرية الأخرى تأثرت بشكل رئيسي بدرجة حرارة التربة والإشعاع. في المرحلتين 2 و 3 ، ازدادت الوفرة النسبية للبكتيريا الزرقاء بسرعة بسبب رطوبة التربة المناسبة وظروف الإشعاع. تم اكتشاف Oscillatoriales و Chroococcales و Nostocales و Synechococcales والبكتيريا الزرقاء غير المصنفة في جميع معاملات الثلج ، وكانت أكثر الأصناف السائدة هي Oscillatoriales و Chroococcales. أظهرت الأنواع المختلفة من البكتيريا الزرقاء استجابات مختلفة لتكتل الثلج. كانت رطوبة التربة والإشعاع هما العاملان الحاسمان في تشكيل بنية المجتمع السيانوبكتيرية. أدى عمق الجليد ومدته إلى تغيير إشعاع سطح التربة ورطوبة التربة وخصائص التربة الأخرى ، والتي تم اختيارها بالتالي لمجتمعات مختلفة من البكتيريا الزرقاء. وبالتالي ، قد يكون ترشيح البيئة المكروية المحلية (اختيار المكان المناسب) الناجم عن ظروف الثلج عملية سائدة تقود التحولات في مجتمع البكتيريا الزرقاء في BSCs.


بيولوجيا التربة الجيدة & # 8211 الوصفة المثالية للنباتات

لقد حان الوقت لتكريم المتطوعين المهمين الذين يعيشون في التربة & # 8211 الديدان الخيطية والأوليات والمفصليات الدقيقة والفطريات والبكتيريا. يعمل كل هؤلاء الزملاء بلا كلل تحت الأرض ، فيحللون المواد العضوية ويخرجون المغذيات بالشكل الذي يمكن للنباتات استخدامه.

في الواقع ، المواد العضوية هي الغذاء الوحيد الذي وفرناه لأشجار البساتين والشجيرات على مدى السنوات الست الماضية. والآن بعد أن استخدمنا عملية السماد الحراري (انظر مدونة نوفمبر 2017) ، سنقوم بانتظام بطهي الأطعمة اللذيذة التي تتمتع بها نباتاتنا.

تضع النباتات السكريات في مناطق جذرها لجذب المخلوقات التي ترغب فيها. نباتات الخلافة المبكرة ، مثل الحشائش ، ترغب في تربة بها المزيد من البكتيريا (انظر شريحة إنغام). تفضل نباتات الخلافة المتأخرة ، مثل الأشجار المتساقطة والصنوبرية ، التربة التي تسودها الفطريات.

عندما نصنع سمادنا ، فإن أنواع المدخلات التي نستخدمها ستحدد ما إذا كان السماد سيهيمن عليه البكتيريا أو الفطريات.

كيف نختبر خصائص السماد لدينا؟ يمكننا وضع المنتج النهائي تحت المجهر وإحصاء عدد البكتيريا والفطريات والأوليات والديدان الخيطية الموجودة لدينا ثم تحويل الأعداد إلى الكتلة الحيوية.

تقدم الدكتورة إيلين إنغام دروسًا يسهل الوصول إليها عبر الإنترنت في بيولوجيا التربة ، وصنع السماد العضوي ، وشاي السماد ، واستخدام المجاهر لاختبار حياة التربة. تقوم بتخفيض الفصول في أوقات مختلفة من السنة. إذا أخذت هذه الفصول ، فسوف تتعلم كيف تكون مضيفًا جيدًا للأرض (انظر Ingham & # 8217s شريحة شبكة طعام التربة).

لن تتذكر & # 8217t ، ولكن عندما وصلت نباتات البذور منذ أكثر من 360 مليون عام ، كانت البيولوجيا الجيدة للتربة موجودة بالفعل. تعرف النباتات ما تحتاجه من التربة وكيفية الحصول عليها. يمكننا جميعًا أن نلعب دورًا في تحسين جودة التربة عن طريق تقليل ضغط التربة وتجنب استخدام الأسمدة غير العضوية. أهمية التربة هي موضوع هذا المقال الأخير من نيويورك تايمز.


الكائنات الحية في التربة والتغير العالمي على مستوى النظام الإيكولوجي: وصف الكائنات الحية في التربة في النماذج الرياضية

تستند جميع النماذج الرياضية الحالية لنظام التربة إلى ثروة من الأبحاث في بيولوجيا التربة ويستمر البحث الجديد في تحسين وصف العالم الحقيقي من خلال النماذج الرياضية. في هذه المراجعة ، ندرس الطرق المختلفة لوصف بيولوجيا التربة في النماذج الرياضية ونناقش استخدام كل نوع من النماذج في أبحاث التغيير العالمي. تم وصف الأساليب الممثلة بين النماذج المشاركة في شبكة المواد العضوية للتربة (SOMNET) الخاصة بالتغير العالمي والنظم الإيكولوجية الأرضية (GCTE). ندرس المزايا والقيود النسبية لكل نهج نمذجة ، وباستخدامها ، نقترح الاستخدامات المناسبة لكل منها. نوضح أنه للأغراض التنبؤية على نطاق النظام الإيكولوجي والنماذج الأعلى الموجهة نحو العملية (التي تحتوي فقط على وصف ضمني لكائنات التربة) هي الأكثر استخدامًا. كأداة بحث على مستوى النظام البيئي ، يتم استخدام كل من النماذج الموجهة نحو العملية والموجهة نحو الكائن الحي (التي يتم فيها وصف المجموعات الوظيفية أو التصنيفية لكائنات التربة بشكل صريح). بسبب عدم اليقين الذي تم تقديمه في تقدير معلمة النموذج الداخلي والتغذية المرتدة للنظام ، فإن الاستخدام التنبئي للنماذج الموجهة للكائن على نطاق النظام البيئي والأكبر هو حاليًا أقل جدوى من استخدام النماذج الموجهة نحو العملية. ومع ذلك ، في بعض الظروف المحددة ، قد يلزم وصف صريح لبعض المجموعات الوظيفية لكائنات التربة داخل النماذج لوصف تأثيرات التغيير العالمي بشكل مناسب. لا توجد نماذج حالية يمكنها التنبؤ بشكل كاف بالتغذية المرتدة بين التغيير العالمي ، والتغيير في وظيفة مجتمع التربة ، واستجابة النظام المتغير للتغيير العالمي المستقبلي. لمعرفة ما إذا كانت هذه التعليقات موجودة وإلى أي مدى تؤثر على التغيير العالمي المستقبلي ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث بشكل عاجل في استجابة وظيفة مجتمع التربة للتغير العالمي وتأثيراته المحتملة على مستوى النظام الإيكولوجي.


31.2: التربة - علم الأحياء

توفر الملاحظات مثل الآثار المفيدة التراكمية للمراعي ، والآثار التدهورية لمحاصيل الحبوب المتتالية على تربة طينية رملية خشنة في أستراليا كما هو موضح في الشكل 21 ، أساسًا للتوصية بالتناوب للحفاظ على الاستدامة. هناك العديد من الآثار المفيدة من زراعة المحاصيل البقولية والمراعي بالتناوب. تعمل على تحسين بنية التربة والنشاط البيولوجي وغلات المحاصيل ، فضلاً عن زيادة المواد العضوية في التربة والنيتروجين (الشكل 21). يصف هذا الفصل الجوانب الأساسية لبيولوجيا التربة والمواد العضوية وتغذية التربة في الفوائد الملحوظة لتناوب المحاصيل.

تساعد المواد العضوية والكائنات المجهرية والميكروسكوبية (على سبيل المثال ، الخيوط الفطرية واللافقاريات) ، وفضلات الفطريات والحيوانات ، والبكتيريا ، والإفرازات البيولوجية ، في تثبيت بنية التربة. يختلف دور كل جزء من الكتلة الحيوية وفقًا لحجمها (الشكل 22). بشكل عام ، الركام الكبير الذي يزيد قطره عن 250 & # 109 م (الركام الكلي) ، يتم تثبيته من خلال تركيبته الفيزيائية المتأصلة (الفصل 2) ، ودورات الترطيب والتجفيف ، والمواد العضوية. يتم تثبيت الركام الدقيق (& lt 250 & # 109 م) بواسطة الجذور الحية أو الميتة والفطريات واللافقاريات والكائنات الدقيقة (الشكل 22).

ترتبط تجمعات الكائنات الحية في التربة من جميع الأحجام وظيفيًا من خلال أدوارها في تحلل الأشكال المختلفة للمواد العضوية. وتشمل الأخيرة المواد النباتية الحية والميتة وغيرها من الكائنات الحية أو الميتة. يوضح الشكل 23 شبكة غذائية تخطيطية. وهذا يوضح أن الحيوانات مثل الديدان الخيطية وبعض الفطريات تتغذى مباشرة على النباتات الحية بينما تتغذى الفطريات والبكتيريا الأخرى في الغالب على القمامة.

تخلق ديدان الأرض واللافقاريات الكبيرة الأخرى ، وتعيش ، الجحور والمسام ، وهي متنقلة للغاية. أبرزها النمل الأبيض ، الذي ينقسم إلى ثلاث مجموعات وفقًا لتركيب أعشاشه: تلك التي تبني أكوامًا (أ) فوق الأرض ، (ب) على سطح التربة ، و (ج) تحت الأرض. تعيش المفصليات الصغيرة والحيوانات الدقيقة والفطريات في الغالب في فراغات أكبر وبالاقتران مع الجذور. استعرض فوستر (1988) موقع الأنواع المختلفة من الكائنات الحية التي تعيش في التربة ووجد أن الفطريات ، التي تشكل حوالي 80 ٪ من الكتلة الحيوية في العديد من التربة ، تميل إلى أن تقتصر على جذور الجذور ، إلى المسام الأكبر بين الركام و سطح الركام. على النقيض من ذلك ، توجد البكتيريا في الجذور في منطقة الجذور ، في المستعمرات الصغيرة في المسام الدقيقة الكبيرة ، داخل التجمعات وداخل حطام الخلية. لمزيد من المعلومات حول الموقع ارجع إلى Foster (1988). يصف Smiles (1988) فيزياء البيئة الدقيقة لكائنات التربة الصغيرة.

الشكل 21 - الاتجاهات في إجمالي نيتروجين التربة وحبوب القمح في تجربة تناوب طويلة الأجل في Wongan Hills ، غرب أستراليا (مقتبس من Rowland 1980) - U عبارة عن أرض غير مطهرة ، F مراحة (تُزرع بشكل متقطع لمدة عام واحد ، قبل زراعة المراعي) من 1 إلى 7 سنوات متتالية من المراعي القائمة على البقوليات بينما 1 إلى 4 سنوات متتالية من محصول القمح الذي بدأ بعد السنة 2 أو 2 أو 5 أو 7 من مرحلة المراعي

توفر كل من النباتات والحيوانات مدخلات من المواد العضوية للتربة. بمجرد دخول البقايا العضوية في التربة ، يمكن تمييزها على أساس تركيبها الكيميائي (على سبيل المثال ، المواد الدبالية القديمة التي تتحلل ببطء) ، أو من خلال مصدرها (نبات أو حيوان) أو حسب الموقع.

عادة ما يكون المحصول الدائم من القمامة في الأراضي العشبية شبه القاحلة أكثر من 3 طن / هكتار وفي السهوب الجافة المعتدلة قد يتجاوز 11 طن / هكتار (على سبيل المثال ، Klemmedson 1989). كان هناك الكثير من الجدل حول المحتويات النسبية للمادة العضوية في التربة الاستوائية والمعتدلة. ضمن تلك المناخات الرطبة والجافة التي تتميز بفصول الصيف الحارة التي تساعد على التحلل السريع ، لا يوجد دليل على وجود مستويات أقل بطبيعتها من المواد العضوية في المناطق المدارية مقارنة بالمناطق المعتدلة المماثلة (Juo and Payne 1993).

قام كوال وقسام (1978) وجو وباين (1993) بمراجعة دور المادة العضوية في التربة الاستوائية. هنا ، يكفي القول ببساطة أن المادة العضوية لها تأثيرات مترابطة مختلفة على خصوبة التربة. وقد تم تلخيصها في الجدول 20. وعلى وجه الخصوص ، تجدر الإشارة إلى أن كلا من التأثيرات الكيميائية والفيزيائية لها أهمية كبيرة نسبيًا في تربة المناطق المدارية شبه القاحلة لأنها تتمتع عمومًا بقدرة تبادل منخفضة للكاتيونات (قيم CEC الفعالة أقل من 14 ميكرون / 100 غرام من الطين ، انظر الفصل 1 ، قسم التربة ، وهذا الفصل ، قسم التغذية غير العضوية).

شكل 22 - نموذج منظمة مجمعة مع عوامل ربط رئيسية موضحة (المصدر: Tisdall and Oades 1982) - وكيل ربط رئيسي

الشكل 22 - نموذج التنظيم الكلي مع عوامل الربط الرئيسية المشار إليها (المصدر: Tisdall and Oades 1982) - الجذور والخيوط (عضوية متوسطة الأجل)

الشكل 22 - نموذج منظمة مجمعة مع عوامل ربط رئيسية موضحة (المصدر: Tisdall and Oades 1982) - حطام نباتي وفطري مغطى بمواد غير عضوية (عضوية ثابتة)

الشكل 22 - نموذج منظمة مجمعة مع عوامل ربط رئيسية موضحة (المصدر: Tisdall and Oades 1982) - حطام ميكروبي وفطري مغطى بمواد غير عضوية (عضوية ثابتة)

الشكل 22 - نموذج التنظيم التجميعي مع عوامل الربط الرئيسية المشار إليها (المصدر: Tisdall and Oades 1982) - ألومينوبسيليكات غير متبلور وأكاسيد وبوليمرات عضوية ممتصة على الأسطح الطينية والترابط الكهروستاتيكي والتلبد (دائم غير عضوي)

تختلف الأهمية النسبية للقمامة (بقايا المحاصيل) والسماد كمدخلات للمواد العضوية بين أنظمة الزراعة والمكان داخل النظام. يوضح الشكل 24 تدفق القمامة والسماد والمنتجات الثانوية (مثل كعكة الروث للوقود) في القرى الهندية التي تمارس حوالي ثلث المحاصيل الفردية وثلثي المحصول المزدوج. هنا ، يتم تغذية معظم بقايا المحاصيل فوق الأرض للحيوانات ، ولكن كمية متساوية من مادة المحاصيل تحت الأرض تدخل إلى تجمع المواد العضوية في التربة. من الجدير بالذكر أنه في الشكل 24 ، يتم توزيع كمية الروث بشكل طبيعي على الأراضي العشبية والغابات بمقدار خمسة أضعاف عن الكمية المعاد تدويرها في المحصول.

يقع نمط تدفق الروث والقمامة إلى التربة المحصولية في الشكل 24 ضمن نطاق واسع من الممارسات الشائعة في المناخات الرطبة والجافة. بشكل عام ، يمكن إعادة تدوير جميع المواد الجذرية (على سبيل المثال ، 40٪ من إجمالي نمو المحاصيل) و 10-30٪ من المادة العلوية في نظام محصول سنوي. عند ممارسة الزراعة في الأزقة والحراجة الزراعية ، تكون القيم أكثر تنوعًا ، ولكن المدخلات المحتملة يمكن أن تكون مهمة جدًا حيث تُزرع الأشجار ، التي يتم أخذ القمامة منها ، بعيدًا عن المحاصيل السنوية. يعطي الجدول 21 قيمًا لإنتاج الأوراق من الأشجار. إذا تم ، على سبيل المثال ، حصاد ثلثي أوراق الأشجار البقولية سنويًا ، فستكون قيم القمامة أعلى بكثير وستكون المادة ذات جودة أفضل من بقايا الأوراق والساق من محصول سنوي يُحتمل إعادة تدويرها في الحقل. ومع ذلك ، يجب إجراء بعض المؤهلات. مادة جذر الشجرة غير متاحة للتحلل في حقل المحاصيل ما لم تكن متداخلة مكانيًا (مثل المحاصيل البينية) ، وفي هذه الحالة سوف تتنافس الأشجار مع المحصول على مغذيات التربة والمياه والضوء والفضاء.

الجدول 20
تأثير المواد العضوية على خصوبة التربة (المصدر: Young 1989)

تجليد الجسيمات ، عمل الجذر يؤدي إلى تحسين الاستقرار الهيكلي ، التوازن بين المسام الدقيقة والمتوسطة والكبيرة

تحسين اختراق الجذور ، ومقاومة التآكل وخصائص الرطوبة ، والقدرة على الاحتفاظ بالمياه ، والنفاذية ، والتهوية

مصدر غذائي ، إمداد متوازن ، لا يخضع للنض ، بطيء ، يمكن التحكم فيه جزئيًا ، إطلاق

بما في ذلك استجابة أفضل للأسمدة ، ومصدر غير حامضي للنيتروجين ، وتمعدن الفوسفور في الأشكال المتاحة

التعقيد وتحسين توافر المغذيات الدقيقة

زيادة التبادل الكاتيوني

الاحتفاظ الأفضل بالمغذيات الأسمدة

تحسين توافر P من خلال حجب مواقع التثبيت

توفير بيئة مواتية لتثبيت النيتروجين

نسبة السماد الحيواني والبشري المستخدمة في أراضي المحاصيل أكثر تباينًا. طور بعض المزارعين أنظمة مستقرة تؤكد بشدة على استخدام السماد الحيواني في المحاصيل. على سبيل المثال ، نورمان وآخرون. (1982) كيف تمكن المزارعون في شمال نيجيريا من استخدام 4 طن / هكتار من السماد الطبيعي في أراضي المحاصيل المزروعة بكثافة على الرغم من أن لديهم 3 أبقار فقط لكل منهما. لا يضمن العديد من المزارعين الآخرين إعادة التدوير المناسبة ، إما لأنهم مهتمون أكثر بإدارة الثروة الحيوانية أو لأنهم لا يعرفون أهمية الحفاظ على "ميزانية صفرية للمغذيات" لاستبدال العناصر الغذائية التي يزيلها المحصول. على سبيل المثال ، نورمان وآخرون. (1982) يصف أيضًا المزارعين الذين لديهم 10 أبقار لكل منهم ، والذين استخدموا 1.9 طن من السماد / هكتار فقط على محاصيلهم.

في نظام المحاصيل ، تختلف ممارسة التسميد باختلاف الموقع. هناك انتقال نحو مركز النظام. في المزارع التقليدية ، تكون المنطقة القريبة من المنزل أو القرية مخصبة بشكل كبير بالسماد البشري والحيواني بينما تتلقى الحقول البعيدة القليل من المواد العضوية أو لا تتلقى أي مواد عضوية على الإطلاق. يصف فوسيل (1992) مثل هذا النظام الزراعي التقليدي "الدائري" في منطقة غرب إفريقيا شبه القاحلة. هنا ، إذا كانت المنازل مسقوفة بالقش ، فإن القرية بحاجة إلى إعادة بناء أو نقل كل سنتين إلى أربع سنوات. يستفيد التحرك من تدرج الخصوبة. عندما لا يتم نقل الأكواخ ، يصبح تدرج الخصوبة أكثر حدة بمرور الوقت. وبدلاً من محاولة معادلة الخصوبة عن طريق النقل كثيف العمالة للسماد ، يغير المزارعون زراعة المحاصيل في الحقول (الشكل 25). الزراعة المستمرة للدخن مستدامة بالقرب من الكوخ أو القرية حيث يوجد الكثير من السماد البشري والحيواني ولكن تناوب المحاصيل ضروري في الأطراف.

الجدول 21
إنتاج الكتلة الحيوية للأوراق من الأشجار متعددة الأغراض (المصدر: مجمعة في يونج 1989)


عالمة أحياء التربة والمعلمة الدكتورة إيلين إنغام إلى المؤتمر الرئيسي الثاني والأربعون السنوي للأغذية والمزارع في أوهايو

سيكون فهم الحياة في التربة واستخدامها لتحسين صحة النبات والبشر هو محور الكلمة الرئيسية التي تلقيها عالمة أحياء التربة الدكتورة إيلين إنغام في المؤتمر السنوي الثاني والأربعون لجمعية أوهايو للأغذية والمزارع البيئية (OEFFA) ، زماننا: روابط أساسية في سلسلة غذائية قوية، في فبراير.

في خطابها الرئيسي يوم السبت ، 13 فبراير ، الذي قدمته تيرنر فارم ، "التربة مقابل الأوساخ: ربط الكائنات الحية الدقيقة بالنباتات والبشر ،" سيقارن Ingham شبكة غذاء صحية للتربة ، والتي تحتوي على ميكروبات مفيدة تساعد النباتات على النمو بقوة ، ونظام هضمي بشري صحي ، والذي يحتوي أيضًا على مجموعات من الميكروبات التي توفر العناصر الغذائية لبطانة الأمعاء. سيشرح Ingham سبب عدم الحاجة إلى الأسمدة غير العضوية أو المعادن أو الفيتامينات أو المكملات الغذائية إذا كانت المجموعات الصحيحة من الكائنات الحية موجودة لتدوير المغذيات وتفوق الأمراض والآفات.

كتب إنغام: "التربة مكان رائع ، مليء بالحياة ومليء بالتنوع". "المبدأ الأساسي لنظامنا الزراعي الحالي ، ما يسمى بـ" الثورة الخضراء "، جاهل بشأن ماهية التربة حقًا ، وبالتالي يدمر كل ما يعزز التربة أو النبات أو صحة الإنسان."

الدكتورة إيلين إنغام هي مؤسسة ورئيسة شبكة الغذاء والتربة ومديرة مدرسة ويب سويل فود. For the past four decades, she has pioneered research in the field of soil biology and is widely recognized as the world’s foremost soil biologist.

Her goal is to empower farmers to restore the ecological functions of living soils all over the world, ensuring healthy, strong plants and nutritious food, while eliminating soil erosion and the need for chemical inputs.

“Nature uses the soil food web—beneficial bacteria, good-guy fungi, protozoa, and beneficial nematodes—to create the soluble nutrients for plants. Plants feed the microbes so the microbes will retrieve the nutrients needed by the plants. Predators of the microbes then make sure the soluble nutrients will be delivered in the right place, at the right time. It’s a wonderfully simple, yet in its own way complex, system,” wrote Ingham.

She has a masters in microbiology from Texas A&M University and a Ph.D. in microbiology from Colorado State University. Elaine served as chief scientist at The Rodale Institute from 2011-2013. She has previously served as a professor of forest science, botany, and plant pathology at Oregon State University, affiliate professor of sustainable living at Maharishi University of Management, adjunct faculty at Southern Cross University, visiting professor at Melbourne University, and program chair of the Ecological Society of America.

She is author of the USDA’s Soil Biology Primer, The Compost Tea Brewing Manual, The Soil Foodwebوالمنشورات الأخرى.

Ingham will also lead a full-day Food and Farm School Class, “Soil Food Web: Structure and Function,” on Wednesday, February 10 and a 60-minute workshop, “Life in the Soil: The Soil Food Web’s Five Over-Arching Principles,” on Saturday, February 13.

OEFFA’s 42nd annual conference, to be held online February 10-15, will also feature keynote speakers Will Harris and Navina Khanna more than 60 educational workshops full-day Food and Farm School classes an interactive virtual trade show debates, mixology and chef lessons, an open mic, children’s activities, and more.

Sliding scale rates and a limited number of scholarships are available. For more information about the conference, or to register, go to www.oeffa.org/conference2021.


Ohio Ecological Food and Farm Association
41 Croswell Rd.
Columbus OH 43214

OEFFA: (614) 421-2022 (614) 421-2022
OEFFA Certification: (614) 262-2022 (614) 262-2022


المواد والأساليب

Study management history

The research was conducted at the USDA-ARS Dale Bumpers Small Farms Research Center in Booneville, Arkansas (35.08°N, 93.98°W), where plots with different management, i.e., organic and non-organic, were established and consistently managed since 2007. Thirtytwo-hectare plots utilized for sheep were managed organically since 2007 and certified organic in 2012 (Nature’s International Certification Services, Viroqua, WI). Forage type was predominantly tall fescue (فيستوكا أروندينسيا). Non-organic sheep pastures were utilized by sheep for more than 30 years and were predominantly bermudagrass (Cynodon dactylon). Both forage types have limitations for sheep production and provide little pollinator habitat. Before plots were established, sheep grazed at approximately ∼10 sheep ha -1 according to forage availability, which was seasonal and dependent on forage species present (Eremopyrum triticeum, Lolium perenne and other voluntary forbs and grasses). Details regarding the soil types of the study area are available in earlier publication from the research site (Thomas et al., 2008). The site received 101 cm rainfall in 2017 and 129 cm in 2018, with the 30-year (1987–2017) mean annual precipitation of 126 cm (Fig. 1A). Mean annual temperature in 2017 and 2018 were 19.1 and 14.8 °C, with a winter minimum of 9.5 °C and summer maximum of 32.3 °C (Fig. 1B). Additionally, daily rainfall and temperature (NOAA, 2017/2018), for 3 days before sample collection is provided in the Table 1.

Figure 1: Temperature and rainfall data from study site.

Pasture plot preparation for non-organic forage plots

Two 0.16-ha non-organic plots were used for the non-organic treatment in this study. Non-organic plots were sprayed with Roundup [N-(phosphonomethyl)glycine)] (41% glyphosate, 4.67 l ha -1 ) in June, July, September, and October of 2016 and January of 2017, and with Outrider [N-[[(4,6-dimethoxy-2-pyrimidinyl)amino]carbonyl]-2-(ethylsulfonyl)imidazo[1,2-a]pyridine-3-sulfonamide] (Monsanto, St. Louis, MO 0.096 l ha -1 ) in September 2016 using a Continental Belton cluster nozzle sprayer (Continental Belton McAlester, SR: A44117, Oklahoma city, OK). Non-organic plots were tilled (Maschio Gaspardo North America Inc., SC 300, Des Moines, IA), and rolled using 12’ Big Guy Roller (Grahl Manufacturing, St. Louis, MO) in October 2016. Long-term (15 years) applications of inorganic nitrogen (ammonium nitrate) were applied to pastures at recommended rates (https://www.uaex.edu/publications/PDF/FSA-2153.pdf). The seed-mixes were Buck’s Hangout (Hamilton Native outpost, Elk creek, MO http://www.hamiltonnativeoutpost.com/14.5 kg ha -1 ) used in half of each 0.16 ha plot, and other Tallgrass Inexpensive or Tallgrass Exposed Clay subsoil mix (Prairie Moon, Winona, MN www.prairiemoon.com 13.44 kg ha -1 and 26.8 kg ha -1 , respectively according to commercial nursery recommendations) in the other half of each 0.16 ha plot, planted on February 7, 2017, and again same time in 2018 (species percentage per seed mixes are available in the aforementioned websites).

2017 2018
تموز شهر اغسطس تموز شهر اغسطس
2 d a 1 d 0 d 2 d 1 d 0 d 2 d 1 d 0 d 2 d 1 d 0 d
Temperature (°C) 29.7 34.3 35.5 23.7 31.2 34.4 35.9 32.1 37.0 32.6 34.2 34.9
Rainfall (mm) 14.2 0.0 0.0 5.2 0.0 0.0 0.0 3.6 0.0 0.0 0.0 0.0

Organic pasture plot preparation

Plots were controlled burned using forestry drip torch after establishing a firebreak around the plots. A cover crop of oats (Avena sativa) was planted in the winter before spring planting native seed mixes. One, 0.4 ha organic plot was seeded on February 3, 2017, with “Butterfly and Hummingbird” Mix from Hamilton Native outpost (Elk Creek, MO www.hamiltonnativeoutpost.com/ at 8.5 kg ha -1 species composition and percentage of each species are available in the above website). The other organic plot was 0.8 ha planted with Tall Grass Inexpensive (Prairie Moon Nursery 13.4 kg ha -1 ). The seed was drilled onto a prepared seed bed using a Brillion planter (Brillion Farm Equipment, Sure Stand Model SSP-8, Brillion, WI) at a 1.25 cm depth. Soil fertility was adjusted using poultry litter (4.4 Mg ha -1 fresh weight basis) following the University of Arkansas soil test recommendation (https://www.uaex.edu/publications/PDF/FSA-2153.pdf).

Sheep grazing

Plots were multifunctional for pollinator habitat and sheep forage. Sheep grazed plots if they became weedy (including ألبوم Chenopodium و Ambrosia artemisiifolia), or stubble height reached 1 m. Grazing of the conventional plots occurred to remove excess forage and weeds, but not to the detriment of the native plant species. The stocking rate of each plot was different based on visual assessment of forage availability, which included plant height, the density of unwanted, and desired plants.

Soil sample collection

Soil samples were collected in July and August of 2017 and repeated again in 2018. Soil samples were collected from 0–15 cm, and soil probes were sterilized between plots with 70% ethanol. Samples were packed in sterile whirl-pack bags and stored at −20 °C until analysis.

Soil sample collection sites were georeferenced using a Global Positioning System unit. For the analysis, 32 independent samples were taken (2 per pasture system × 2 sub-samples per treatment × 2 replications × 2 sample dates per year × 2 years).

Soil physiochemical analyses

Soil samples were dried at 70 °C for 48 h and then ground with mortar and pestle to pass through a two mm sieve. Mehlich-3 extractable nutrients (i.e., Al, As, B, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, Ti, and Zn) were determined using 1:10 soil volume: extractant solution volume ratio (Tucker, 1992) and analyzed by inductively coupled argon-plasma spectrometry using a 7300 IPC-OES DV (Perlin-Elmer, Waltham, MA). Total C and N were analyzed via dry combustion using a Vario Max CN combustion analyzer (Elementar Americas Inc., Mt. Laurel, NJ). Soil pH was determined on 1:1 soil: distilled water suspension using a symphony B30PCI probe (VWR International, Atlanta, GA).

DNA extraction, PCR amplification, and sequencing

Most of the methods adopted here are previously described in Gurmessa et al. (2021). Briefly, DNA was extracted from each soil samples using MpBio Fast DNA Spin kit (MpBio Laboratories, SKU 116560200-CF) following manufacturer’s protocol. DNA thus extracted was quantified using Quant-ItTM PicoGreen ® (Invitrogen) dsDNA quantitation assay and stored at −20 °C until further analysis. Bacterial community composition and diversity was determined through classification of 16S rRNA gene by Illumina MiSeq sequencing platform. The V4 region of prokaryotic 16S rRNA genes were amplified with barcoded primers 515F and 806R (Caporaso et al., 2011). Libraries for each samples were pooled and sequenced in parallel, and 291 base-paired end sequence were obtained resulting in total 3,531,936 sequence reads. Raw sequences were processed in Mothur software v.1.40.0, using a Miseq SOP protocol (Kozich et al., 2013). Sequences that did not match the primers were eliminated from demultiplexed sequence reads. Sequence reads were clustered into OTUs (Operational Taxonomic Units) at 97% similarity threshold. After the quality control pipeline, 2,906,534 sequence reads remained while remaining were deleted.

Data analysis and statistics

The green genes database was used to classify the OUT at the genus level using the Bayesian method (Cole et al., 2009), after that relative abundance of all OTUs was summed within phylum and analyzed for the relative abundance of OTUs at the phylum level. Subsampled data was used to calculate Chao, Shannon and Inverse Simpson index via Mothur and compared results using ANOVA in the statistical software R 3.5.1 (R Core Team, 2013) and JMP R 12 (SAS Institute, 2015). Weighted and unweighted UniFrac distance, and Bray-Curtis were used to define bacterial beta-diversity. Principal coordinate analysis based on weighted and unweighted UniFrac with permutational analysis of variance (PERMANOVA) as statistical methods were carried out to compare bacterial communities at the phylum OUT level (Clarke & Gorley, 2006 Dhariwal et al., 2017). Linear Discriminant Analysis Effect Size measurement was used to identify taxa differences between treatments with Galaxy (Segata et al., 2011).

Spearman correlation was used to find correlation among soil pH, C, N, C: N ratio, soil mineral (Al, As, B, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, Ti, Zn) and number of OTU of most dominant bacteria phyla per treatment (organic and non-organic system). Management (organic or non-organic) and time of sample collection (July or August) was used as the fixed effect and year and replications as the random effect. Principal component analysis was used to determine relationship among variables using R software. Proportion of variance was done to find variance explained by each PCs. Three PCs that explained most variance were selected for further analysis. The eigenvectors were used to show directional orientation (positive or negative) of all variates with respect to the centroid both in numbers and in figures using PCA biplots.


Ice aggregates as a microbial habitat in Lake Bonney, dry valley lakes, Antarctica: Nutrient-rich microzones in an oligotrophic ecosystem

Previous research by Wing and Priscu (1993) and Pinckney and Paerl ( Antarctic Journal , in this issue) identified a diverse photoautrophic microbial community associated with terrigenous aggregate material (sand and small stones) permanently embedded within the lake ice at Lake Bonney (77.70°S 162.33°E, dry valley region of Antarctica near McMurdo Sound). Aggregate material is wind deposited onto the surface of the lake ice and concentrated in depressions and fissures within the ice. In the summer months, solar heating of the darker particles results in the downward movement of these aggregates into the lake ice. Aggregates, and associated microbial communities, become embedded in the ice matrix when the semisolid ice resolidifies in the colder months.

An examination of photopigments (chlorophylls and carotenoids) indicated a photosynthetically active community composed of cyanobacteria and diatoms (Pinckney and Paerl, Antarctic Journal , in this issue). The microscale spatial arrangement and metabolic activities of individual species was considered here to construct a process-based understanding of community dynamics.

The soil-based aggregates embedded in lake ice cover represent a relatively nutrient-rich microenvironment, or microzone, in which microbial production and material cycling can be localized and optimized. Given the nutrient-poor conditions (i.e., scarcity of organic and inorganic substrates) and lack of attachment sites in the ice cover, aggregates provide an attractive microhabitat. This microhabitat supports photosynthetic production, thus providing food and energy for microheterotrophs and higher ranked consumers in the lake ecosystem.

Characterization of ice aggregates as loci of production and nutrient cycling was done under natural (i.e., in situ ) conditions without disturbing structural and chemical integrity. Carbon dioxide (CO 2 ) fixation (primary production) and organic matter utilization (heterotrophic activity) were localized and examined at relevant (microbial) scales (microns to millimeters). Microautoradiography, a microscopic technique for measuring the microscale utilization and cycling of radiolabeled inorganic and organic substrates, was used to examine the uptake and fate of carbon-14 ( 14 C) labeled CO 2 administered as 14 C sodium bicarbonate (NaH 14 CO 3 ) as well as hydrogen-3 ( 3 H) labeled organic substrates (glucose, amino acids) known to be readily assimilated by heterotrophs in oligotrophic environments (Paerl 1984a,b).

Small ice blocks (200-500 cubic centimeters) containing aggregates were obtained from various depths in Lake Bonney's ice cover melted at 4°C and 18 milliliters (mL) of aggregate containing meltwater was transferred in triplicate to 20-mL clear and opaque (foil-wrapped) glass liquid scintillation vials. In separate experiments, we added

  • 10 microcuries (µCi) 14 C sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) [58 millicuries per millimole (mCi mmol -1 ) ICN Inc.],
  • 15 µCi of a uniformly labeled 3 H L-amino acid mixture (240 mCi mmol -1 ICN Inc.), and
  • µCi of uniformly labeled 3 H D-glucose (220 mCi mmol -1 ICN Inc.).

Isotopic substrates were added at trace (nanomolar or less) concentrations. Samples were incubated under either illuminated (80 microeinsteins per square meter per second photosynthetically active radiation, or PAR) or dark conditions at 4°C from 2 to 8 hours in an incubator. Borate-buffered (2 percent, pH 7.5) formalin was added to terminate the incubations. Water subsamples containing aggregates were gently gravity filtered onto 0.45-micron porosity HA Millipore filters and rinsed several times with unlabeled, prefiltered meltwater to remove excess radioisotope. Filters were then air dried, optically cleared on microscope slides under fuming acetone, and prepared for microautoradiography according to the protocol of Paerl (1984a). A liquid emulsion (Kodak NTB-2) was used as the radiosensitive emulsion (Paerl and Stull 1979).

Microautoradiographs revealed that filamentous cyanobacteria closely associated with soil particles forming the aggregate "core" were largely responsible for photosynthetic incorporation of 14 CO 2 ( figure 1 A ). These cyanobacteria dominated the phototrophic biomass and were responsible for binding individual soil particles, thus enhancing the aggregation process (figure 1 B ). Aggregate accumulations were frequently observed inside ice samples. Cyanobacterial photosynthetic production and associated carbon and nutrient (nitrogen, phosphorus, and trace metals) metabolism are localized to these aggregates. Microautoradiographs also revealed thin (<0.5 micron) filamentous, as well as rod and coccoid-shaped, bacteria and cyanobacteria to be responsible for the uptake of radiolabeled glucose (figure 1 C ). Uptake of radiolabeled amino acids was largely confined to the bacterial community. On occasions, gas bubbles, resulting from thawing and freezing of water associated with the aggregate as it sinks through the ice, can be seen entrapped in the ice blocks ( figure 2). Relatively few free-living microorganisms were observed in the ice matrix.

Results obtained thus far indicate a potentially active (during the liquid phase) phototrophic and heterotrophic, microbial community, closely associated with soil-based aggregates. Virtually all the photosynthetic activity was attributable to filamentous and coccoid cyanobacteria, underscoring the important roles these prokaryotic phototrophs play in primary production and in carbon- and nitrogen-cycling dynamics in the dry valley lakes region of Antarctica. In conjunction with parallel molecular analyses of total microbial community diversity based on 16S rRNA sequence analysis (Gordon et al., Antarctic Journal, in this issue), and the functional diversity of nitrogen-fixing microorganisms based on nifH sequence analysis (Paerl et al. unpublished data), our knowledge of the structural and functional roles of aggregate-based microbial consortia is expanding.

Aggregates are considered an "oasis" of relatively high nutrient supply and biogeochemical gradients (Paerl 1984b), essential ingredients for supporting key metabolic processes (i.e., photosynthesis, respiration, nitrogen fixation), growth, and reproduction at the "edge of life" that this extreme environment represents.

We thank J. Priscu and C. Fritsen for sample collections and logistical assistance. Research was supported by National Science Foundation grant OPP 94-19423.


Brassicaceae: Characters, Distribution and Types (With Diagram)

Flowers actinomorphic rarely zygomorphic, hermaphrodite sepals four in two whorls of two each, petals four, diagonally arranged-cruciform stamens six, tetradynamous gynoecium bicarpellary, syncarpous, parietal placentation, bilocular due to the formation of flase septum (replum) fruit siliqua or silicula.

A. Vegetative characters:

Generally herbs, annual (Brassica, Capsella) or biennial or shrubs. Common Indian herbs are Eruca, Alyssum, Nasturtium, Lepidium, Coronopus etc. Vegetative reproduction is by bulbils (Dentaria bulbifera) or by coral roots.

Tap root, swollen on account of stored food materials. It may be conical (Radish), fusiform or napiform (Turnip).

Herbaceous, erect, cylindrical (Iberis, Brassica) rarely woody or some times reduced (Raphanus & Brassica species), glabrous or hairy, solid and branched.

Alternate or sub-opposite, simple, exstipulate (Brassica campestris). May be cauline or radical (Raphanus), generally sessile, hairy, entire and with unicostate reticulate venation.

B. Floral characters:

Raceme (Brassica campestris) corymbose raceme (Iberis) or corymb.

Pedicellate, ebracteate, hermaphrodite, actinomorphic rarely zygomorphic (Iberis and Teesdalia), hypogynous, complete or incomplete (Lepidium) and tetramerous.

Sepals 4 arranged in two whorls of two each, polysepalous (2 antero-posterior and 2 lateral), 2 lateral sepals may be saccate, imbricate aestivation, inferior.

Petals 4, alternate with sepals, polypetalous, petals arranged in the form of across known as cruciform. This arrangement is characteristic of the family Petals usually clawed, petals generally equal rarely unequal (Iberis, Teesdalia) or sometimes petals may be replaced by stamens (Capsella bursa pastoris).

Stamens 6, arranged in two whorls, outer two stamens short and inner four long (2+4), tetradynamous, polyandrous, anthers dithecous basifixed, introrse. Disc like nectaries, variable in number, present at the base of stamens. In some cases the number of stamens is variable – 16 (Megacarpaea), 4 (Cardamine hirsuta), 2 (Coronopus) etc.

Bicarpellary rarely tricarpellary (Lepidium sativum), syncarpous, ovary superior, unilocular, becomes bilocular due to the development of false septum called replum: parietal placentation, ovules many, style short, stigma simple or bifid. The crucifer carpel has been a puzzling subject for the morphologists and their attention attracted towards its for a long time. According to some there are only two carpels while others hold that there are four carpels.

Siliqua or silicula, sometimes lomentum (Raphanus) when the valves separate in a siliqua the seeds remain attached to the replum.

Ex-albuminous. The germination of seed is epigeal.

Self or cross pollinated flowers are visited by insects due to the presence of nectaries. Cleistogamy is found in Cardamine chenopodifolia. Anemophilous pollination is found in Pringlea.

Distribution of Brassicaceae:

This family is also called Brassica family. The family includes 375 genera and 3200 species according to Willis. It is distributed all over the world but mainly confined to the Mediterranean region and north temperature regions.

Economic Importance of Brassicaceae:

This family is of considerable economic importance.

The plants of this family which are cultivated as vegetable crops are:

Brassica oleracea var. botrytis (H. Phul gobhi), B. oleracea var. capitata (H. Band gobhi), B. oleracea var. caulorapa (H. Gand-gobhi), Brassica campestris var. sarson (white mustard), Brassica rapa (H. Shalgam), Raphanus satiuus (H. Muli), are edible and cooked as vegetables.

The seed of B. campestris (or white mustard) yield mustard oil or Karwa-tel which is widely used as a cooking medium. B. nigra (H. Kalirai) and B. juncea (H. rai) also produce oil.

After extracting oil the cake is left behind which is highly nutritious as a cattle feed the oil cake is also used as soil fertilizer. Raphanus seeds also produce a pungent oil which is often used in adulteration of sarson oil this oil has digestive properties.

The leaves and tender shoots of Lepidium sativum are used in liver complaints, asthma, cough and bleeding piles. Rorippa montana is an appetizer and a stimulant. The seeds of Cheiranthus cheiri are used in bronchitis and fever. The flowers are used in paralysis and impotency. Lobularia is used for gonorrhoea. Iberis amara is used in rheumatism and gout.

Some plants are grown in gardens for their beautiful flowers viz. Cheiran thus cheiri (wall flower), Iberis amara (candituft) Lobularia, Matthiola (stock), Hesperis (rocket), Alyssum, Lunaria (honesty) etc.

Primitive characters:

1. Leaves simple and alternate.

2. Flowers hermaphrodite, hypogynous and actinomorphic.

Advanced characters:

1. Plants are generally herbs-annual or biennials.

3. Flowers ebracteate and sometimes zygomorphic (Iberis).

4. Gynoecium bicarpellary and syncarpous.

Affinities of Brassicaceae:

Rendle placed this family under the order Rhoedales Bentham-Hooker placed it under the cohort Parietales. The family is related to the Papaveraceae on one hand and to the Capparidaceae on the other. Bentham & Hooker and Hutchinson (1948, 1964) hold the view that Brassicaceae is derived from the Papaveraceous ancestors whereas Eames, Arber, Hayek and Puri believe it to have a Capparidaceous alliance.

The three families, Capparidaceae, Brassicaceae (Cruciferae) and Papaveraceae have in common the features of tetramerous perianth, bicarpellary syncarpous gynoecium and parietal placentation. These characters gave problematic issues as to whether the Brassicaceae (Cruciferae) originated from the Capparidaceae or descended from the Papaveraceae.

The anatomy and morphology of stamens and carpels of cruciferous flower bears testimony to a papaverous ancestory. But in Brassicaceae the stamens are tetradynamous and not in Papaveraceae.

Comparison of floral diagram indicates that Brassicaceae is closely allied to Capparidaceae. But in Brassicaceae gynophore and variable number of stamens are absent where as these are the prominent characters of Capparidean flowers.

Within the Rhoedales reduction seems to have taken place in the number of stamens. In the Papaveraceae there are numerous stamens but in its two subfamilies reduction has occurred. In the Hypecoideae there are only four stamens in the Fumarioideae the stamens are arranged in two bundles each with one dithecous and two monothecous anthers.

In the Capparidaceae the number of stamens range between several (as in Capparis) to six (as in Gynandropsis). Finally in Cleome there are only four stamens. The floral diagram of Cleome spinosa with six stamens is remarkably similar to that of the Brassicaceae (Cruciferae).

In this family the general condition is tetradynamous but may be reduced to only two (as in Coronopus). Celakovasky considers the above view as most satisfactory.

Cronquist (1968) too considers that the Brassicaceae (Cruciferae) evolved from the Capparidaceae.

Common plants of the family:

1. Brassica campestris (Sarson) – a cultivated herb.

2. Iberis amara (Chandni) – annual, ornamental, herb cultivated in winter.

3. Cherianthus cheiri (Wall flower) – ornamental annual herb.

4. Rorippa monatna (Water cress) – semi wild.

5. Capsella bursa – pastoris (Shepherd’s purse) – common weed.

6. Farsetia jaquemontii – common weed.

7. Coronopus didymus (= Senebiera didyma) – wild in waste places.

8. Eruca sativa (Tara mira) – cultivated for seeds that yield an oil.

Division of the family and chief genera:

Linnaeus utilised the pod as the character for his classification.

He divided Tetradynamia into two orders:

Order 1. Siliculosae – fruit a silicula.

Order 2. Siliquosae – fruit a siliqua.

Prantl divided the family on the presence or absence of hairs into two series.

Series I. Hairs un-branched or hairs absent, never glandular:

This series includes two sub-families:

With stigma developed equally all around, style undivided. Thelypodium, Pringlea.

With stigma better developed over placentae. Iberis, Brassica, Raphanus etc.

Series II. Hairs branched, sometimes glandular:

This series includes two sub-families:

1. Schizopetaleae:

With stigma equal all round. Physaria.

With stigma better developed above the placentae. Alyssum, Capsella, Cheiranthus etc.

O. E. Schulz (1936) divided the family into 19 tribes on the basis of a wide variety of characters.

Important Types of Brassicaceae:

1. Brassica campestris, Linn. (Fig. 31.1):

An annual herb, cultivated for seeds which yield oil.

Herbaceous erect, cylindrical, solid, glabrous or hairy.

Simple, alternate, exstipulate, lower ones lyrate and upper oblong or lanceolate, unicostate reticulate venation, hairy, sessile.

Ebracteate, pedicellate, complete, actinomorphic, hermaphrodite, cruciform, tetramerous, hypogynous, and yellow.

Sepals 4 (2 + 2) in two whorls, outer whorl antero-posterior, the two lateral one saccate, green, polysepalous, inferior.

Petals four, polypetalous, cruciform, valvate, inferior, yellow.

Stamens six, tetradynamous, in two whorls, the outer with two short lateral stamens and inner with four long stamens arranged in two median pairs. Basifixed, polyandrous, introrse. Four green nectaries are present, on the inner side of each short stamen and a similar one at the base but outside each pair of long median stamens, inferior.

Bicarpellary, syncarpous, superior, unilocular becoming bilocular by the development of false septum called – replum parietal placentation, style short, stigma bilobed.

2. Iberis amara, Linn. (Fig. 31.2):

Herbaceous annual, cultivated in the gardens.

Herbaceous, erect, branched, cylindrical, solid, green and glabrous.

Cauline, ramal, alternate, simple, exstipulate, sessile, glabrous, or hairy, unicostate reticulate venation.

Ebracteate, pedicellate, complete, zygomorphic, zygomorphy is due to two longer anterior petals, tetramerous, hypogynous, white.

Sepals 4, polysepalous, in two whorls of two each, green, imbricate aestivation, inferior.

Petals 4, polypetalous, cruciform, petals unequal-2 posterior smaller and 2 anterior longer, valvate, white.

Stamens 6, polyandrous, arranged in two whorls outer of 2 short stamens and inner of 4 longer stamens, tetradynamous, anthers basifixed and introrse.

Bicarpellary, syncarpous, ovary superior, unilocular but becomes bilocular due to the formation of false septum – the replum, parietal placentation style short stigma capitate.

3. Coronopus didymus, Linn. (Syn. Senebiera didyma) (Fig. 31.3):

Prostrate, herbaceous, cylindrical, branched, solid, green and glabrous.

Alternate, exstipulate, sub-sessile or sessile, simple, pinnatifid, glabrous, unicostate reticulate venation.

Pedicellate, bracteate, complete, hermaphrodite, actinomorphic, hypogynous, greenish white, small.

Sepals 4, polysepalous in two whorls of two each, antero-posterior sepals form the outer whorl, green, linear, inferior.

Petals 4 polypetalous, very small and scale-like, cruciform, whitish green, alternating with the sepals, valvate, inferior.

Stamens 2, anterio-posterior, polyandrous, small nectaries are present at the bases of stamens, anthers basifixed, dithecous, introrse.

Bicarpellary, syncarpous superior, unilocular becoming bilocular due to the formation of false septum, parietal placentation, 2 ovules per placentum, style small, stigma bifid.


Published Soil Surveys for Michigan

Current, official soil survey information is on the Web Soil Survey. The Web Soil Survey allows you to create custom reports by selecting a specific area of interest. In the table below, clicking on a survey area that is listed as "current" takes you to the Web Soil Survey.

Historical and supplemental documents are available below. Printed soil survey reports were the main source of soils information from 1899 to 2005. Most of these reports are county-based, have been converted to PDF, and are available from links below. The reports are also available at Federal depository libraries. USDA phased out the printing of reports after making Web Soil Survey the official source for information in 2005.

Most of the archived soil survey reports include detailed soil maps. The bookmarks that point to the maps work best in Firefox. For help accessing these historical maps, click here.

In some cases, the published reports are available at local USDA offices. For information about reference copies of a publication or for information about publications that are not on the following list, contact the State Conservationist.


شاهد الفيديو: دروس التربة الابتدائي (قد 2022).


تعليقات:

  1. Volkree

    أهنئ ، الجواب الرائع ...

  2. Nechten

    نعم ، هذا هو عالمنا الحديث وربما أخشى أنه لا يمكن فعل أي شيء حيال ذلك :)



اكتب رسالة