ارگانیسم های خاک ؛ خاک سالم و کشاورزی پایدار

1402-03-28 اخبار روزانه کشاورزی 0 دیدگاه ارگانیسم های خاک،اکوسیستم های طبیعی خاک،تنوع بیولوژیکی،خاک سالم،کشاورزی فشرده

پایگاه خبری Da1news: خاک ها یک لایه نازک در سطح زمین تشکیل می دهند و میزبان تنوع بیولوژیکی عظیمی هستند که بیشتر آنها نامرئی هستند. با این حال ارگانیسم‌هایی که در خاک زندگی می‌کنند خدمات اکوسیستمی مهمی را ارائه می‌کنند که جوامع بشری به آن وابسته هستند. در حالی که مدیریت فشرده کشاورزی اغلب تهدیدی برای جوامع خاکی است که به درستی مدیریت شود، آنها می توانند به طور قوی و پایدار از عملکرد حمایت کنند.
خاک ها اساس وجود انسان را تشکیل می دهند و جزء جدایی ناپذیر عملکرد سیاره ما زمین هستند. اگرچه مردم می دانند که موجوداتی مانند کرم های خاکی، حشرات، باکتری ها، پروتیست ها یا قارچ ها در خاک زندگی می کنند، اما بیشتر آنها پنهان هستند و این واقعیت که خاک ها کانون فعالیت های بیولوژیکی هستند به راحتی نادیده گرفته می شود. تخمین زده شده است که حداقل یک چهارم تنوع زیستی جهان در خاک ها یافت می شود و آنها را در زمره مهم ترین زیستگاه های موجودات زنده قرار می دهد. ارگانیسم های خاک نه تنها در خاک زندگی می کنند، بلکه جزء جدایی ناپذیر تشکیل و عملکرد خاک های سالم هستند. بدون اجزای زنده آنها، خاکهایی که ما آنها را می شناسیم وجود نداشتند. همچنین گیاهان بدون فعالیت میلیاردها ارگانیسم در خاک که مواد آلی را تجزیه می‌کنند، بازیافت مواد مغذی، بهبود ساختار خاک یا کنترل انتشار پاتوژن‌ها و موارد دیگر قادر به رشد نیستند.

نحوه عملکرد اکوسیستم های طبیعی خاک

اکوسیستم های طبیعی خاک تقریباً به طور انحصاری توسط فرآیندهای بازیافت منابع داخلی نگهداری می شوند که در آن ارگانیسم های خاک نقش اصلی را ایفا می کنند. قبل از اینکه گیاهان بتوانند به آنها دسترسی پیدا کنند، مواد مغذی موجود در بستر گیاهی باید به اشکال در دسترس گیاه تبدیل شوند. یک همکاری زیرزمینی بین حیوانات خاک و میکروبیوم خاک (موجود میکروارگانیسم‌هایی مانند قارچ‌ها، باکتری‌ها و باستان‌های باستانی که در خاک زندگی می‌کنند) مواد آلی را می‌جوند و هضم می‌کنند و مواد مغذی موجود گیاه را آزاد می‌کنند. ارگانیسم‌های دیگر، مانند قارچ‌های میکوریزی همزیست، می‌توانند به گیاهان کمک کنند تا به این مواد مغذی دسترسی پیدا کنند و آن‌ها را جذب کنند. گیاهان می توانند تا 90 درصد فسفر و نیتروژن را از میکروب های خاک بدست آورند. ارگانیسم های خاک نیز از یکدیگر تغذیه می کنند که منجر به جذب مداوم، تبدیل و آزادسازی مواد مغذی می شود. میکروبیوم خاک انواع مواد و آنزیم ها را ساطع می کند که می تواند به بهبود ساختار خاک، کنترل عوامل بیماری زا و حمایت از گیاهان در تقویت سیستم ایمنی خود کمک کند. آنها ترکیبات شیمیایی را تجزیه می کنند و در نتیجه آب را فیلتر می کنند و آب آشامیدنی ما را آماده می کنند. علاوه بر این، خاک ها بزرگترین ذخیره کربن روی زمین را تشکیل می دهند و موجودات خاکی کلید این ذخیره عظیم را در دست دارند. فعالیت آنها می تواند به ذخیره C از طریق تشکیل هوموس منجر شود، اما همچنین می تواند منجر به انتشار CO2 در جو در هنگام تجزیه مواد آلی شود. بنابراین فعالیت بیولوژیکی خاک را می توان یک عامل تعیین کننده اصلی ترسیب C خاک و کاهش یا تشدید تغییرات آب و هوایی در نظر گرفت.

طرف مقابل کشاورزی فشرده

ارگانیسم های خاک توسط شبکه های اکولوژیکی پیچیده کنترل می شوند و بر اساس شرایط اقلیمی، شیمیایی خاک و سایر شرایط محیطی شکل می گیرند. در کشاورزی، خاک ها به گونه ای مدیریت می شوند که بتوانند مقادیر زیادی محصول یا الیاف تولید کنند. چنین عملیات مدیریتی می تواند بر ارگانیسم های خاک نیز تأثیر بگذارد. خاک ورزی خاک می تواند به ارگانیسم های بزرگتر خاک آسیب برساند و هیف های قارچی را که در خاک پخش می شود مختل کند. ورودی‌های بالای مواد مغذی از طریق کودها و استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی، مانند آفت‌کش‌ها، بر جوامع بیولوژیکی و عملکرد خاک تأثیر می‌گذارد. تلاش‌های اصلاحی محصولات در قرن گذشته در بخش‌های عظیمی بر به حداکثر رساندن محصول، نادیده گرفتن فرآیندهای زیرزمینی یا توانایی محصولات در ارتباط با میکروب‌های مفید متمرکز بود. اغلب، تک‌کشت‌ها رشد می‌کنند، و در مقایسه با یک اکوسیستم طبیعی، این کاهش در تنوع گیاهی، همراه با افزودن مواد شیمیایی کشاورزی، اثرات کاهش‌دهنده‌ای بر تنوع زیستی خاک دارد که معمولاً در چنین سیستم‌هایی کمتر است.
اگرچه دستاوردهای انقلاب سبز باعث افزایش گسترده در تولید مواد غذایی و فیبر شده و به حمایت از جمعیت انسانی به شدت در حال افزایش در طول قرن گذشته کمک کرده است، روشن شده است که این اقدامات همچنین باعث تخریب خاک و منابع بیولوژیکی آنها شده است. خاک ها با سرعت های نگران کننده ای در اثر فرسایش از بین می روند. علاوه بر این، ورودی‌های خارجی و فرآیندهای مدیریتی بر جوامع بیولوژیکی خاک تأثیر منفی گذاشت و خاک را از پتانسیل ذاتی خود برای حفظ رشد گیاه و عملکرد اکوسیستم محروم کرد. در سیستم های کشاورزی صنعتی، فرآیندهای اکوسیستم داخلی و مبتنی بر بیولوژی خاک به طور سیستماتیک با ورودی های منابع خارجی جایگزین شده اند.
قبل از انقلاب سبز، کشاورزی بسیار بیشتر از سیستم‌های کشاورزی صنعتی امروزی متکی به فرآیندهای میکروبیوم خاک بود. همزیستی بین باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن و ریشه‌های گیاهان خاص (حبوبات یا Fabaceae) یا همزیستی میکوریزی بین قارچ‌های مفید خاک و ریشه‌های بیشتر گونه‌های گیاهی، مواد مغذی بسیار مورد نیاز را برای تولید محصول به روش‌های طبیعی فراهم می‌کرد. چنین فعل و انفعالات گیاهی و خاکی از آغاز کشاورزی زراعی از تولید محصول حمایت کرد و هنوز هم بخشی از بسیاری از سیستم‌های کشاورزی سنتی و پایدار امروزی است. همانطور که درک ما از اکولوژی زیرزمینی و تعاملات گیاه و خاک افزایش می‌یابد، روش‌های جدیدی برای حمایت میکروبیوم‌های خاک از تولید محصول و عملکرد اکوسیستم کشف می‌شود که می‌تواند مبنایی برای توصیه‌های مدیریتی آگاهانه، تلاش‌های اصلاحی و سایر استراتژی‌ها فراهم کند. فرآیندهای بیولوژیکی خاک تولیدات کشاورزی را برای هزاران سال حفظ کرده است و دلیلی وجود ندارد که باور کنیم این امر نباید دوباره امکان پذیر شود.

مهندسی اکولوژی خاک

مفهوم تشدید اکولوژیکی به دنبال کسب منافع از فرآیندهای اکولوژیکی برای تولید محصولات کشاورزی است. این مفهوم بیشتر توضیح داده شده است تا به طور خاص فرآیندهای بیولوژیکی خاک را در طرح های مدیریت کشاورزی از طریق مفهوم مهندسی اکولوژیکی خاک، که هدف آن استفاده از پتانسیل جوامع بیولوژیکی خاک برای تولید کشاورزی پایدار است، شامل شود. این می تواند از طریق رویکردهای مستقیم یا غیرمستقیم اتفاق بیفتد. دومی شامل ایجاد شرایط خاکی است که برای کل جوامع بیولوژیکی خاک مفید است به طوری که فراوانی، تنوع و فعالیت آنها افزایش یابد.
مهمتر از همه، پوشش دائمی خاک و وجود ریشه های زنده، جوامع بیولوژیکی خاک را قادر می سازد. ریشه‌های گیاه، ترشحات ریشه را در خاک آزاد می‌کنند که اساس تغذیه‌ای برای کل شبکه‌های غذایی خاک را تشکیل می‌دهد. میکروبیوم های روی سطوح ریشه این ترکیبات را جذب کرده و آنها را بیشتر به خاک منتقل می کنند. خود میکروارگانیسم ها منبع تغذیه ای برای پروتیست ها و نماتدها هستند که دوباره غذای موجودات بزرگتر را تامین می کنند. مواد گیاهی پوسیده توسط کرم‌های خاکی به زیر زمین کشیده می‌شوند و در نتیجه مواد آلی در خاک پخش می‌شوند و نقاط داغ فعالیت میکروبی و منافذ خاک برای بهبود نفوذ آب و هوادهی ایجاد می‌شود. کاهش مزاحمت از طریق عملیات خاک‌ورزی و پوشش‌های گیاهی متنوع‌تر می‌تواند به شدت به فراوانی و تنوع جوامع خاکی کمک کند. تنوع محصول را می توان به صورت مکانی افزایش داد (چند محصول در یک مزرعه) یا به طور موقت، به عنوان مثال از طریق تناوب زراعی.

چرا تنوع زیستی خاک اهمیت دارد؟

تنوع زیستی بالای خاک می تواند چندین مزیت داشته باشد. اولاً، تنوع بالا به عنوان یک بیمه نامه بیولوژیکی عمل می کند. برای مثال، اگر افزایش دما مانع از بقای یک گونه و انجام یک عملکرد خاص شود (مثلاً کنترل پاتوژن بیولوژیکی)، تنوع این شانس را افزایش می‌دهد که ارگانیسم دیگری که بتواند با شرایط محیطی تغییر یافته کنار بیاید و عملکرد مربوطه را انجام دهد. در یک سیستم کمتر متنوع، چنین عملکردی ممکن است با ناپدید شدن یک موجود زنده از بین برود. علاوه بر این، خاک هایی با تنوع زیستی بالاتر می توانند به طور موثرتری از انتشار و استقرار ارگانیسم های بیماری زا در خاک جلوگیری کنند. مطالعات مدل نشان داده اند که کاهش تنوع زیستی خاک منجر به کاهش بهره وری گیاه، اختلال در چرخه مواد مغذی و کاهش کلی در عملکرد اکوسیستم می شود.
محصولات مختلف اثرات متفاوتی بر جوامع خاکی دارند. حتی در یک گونه گیاهی، واریته‌های مختلف با ارگانیسم‌های مفید خاک، مانند قارچ‌های میکوریزی آربوسکولار، به میزان‌های متفاوتی ارتباط دارند. در حالی که تلاش‌های اصلاحی تا به امروز بر عملکرد و مقاومت در برابر بیماری متمرکز بوده است، اصلاح نژاد برای ارتباط محصولات با ارگانیسم‌های مفید خاک زمینه‌ای است که پتانسیل زیادی برای افزایش بهره‌وری کشاورزی به روشی پایدار دارد. سالها مدیریت فشرده کشاورزی می تواند منجر به کاهش فراوانی یا حتی انقراض برخی ارگانیسم های خاک شود. با کشت و استفاده مستقیم ارگانیسم های مفید در خاک (“تلقیح”)، فراوانی و مزایای آنها را می توان افزایش داد یا احیا کرد.
کارآزمایی‌ها با قارچ‌های میکوریزا آربوسکولار بارها نشان داده‌اند که می‌توان عملکرد محصول را از طریق تلقیح افزایش داد. با این حال، اثرات ناسازگار هستند و به نظر می رسد به شرایط محلی بستگی دارد. دلایل دقیق این وابستگی به زمینه موضوع تحقیقات فعلی است. علاوه بر این، بازار تلقیح های بیولوژیکی هنوز به سختی کنترل می شود و برخی از محصولات ارائه شده از کیفیت پایینی برخوردار هستند.

تشویق عمل پایدار

سیستم‌های کشاورزی سنتی که مدت‌ها قبل از شروع انقلاب سبز وجود داشته‌اند، اغلب از اصول کشاورزی-اکولوژیکی استفاده می‌کنند که از پتانسیل بیولوژی خاک برای تولید محصول استفاده می‌کنند. با این حال، پیشرفت‌های علمی، افزایش درک فعل و انفعالات گیاه و خاک، تلاش‌های اصلاحی جدید و محصولات تلقیح می‌تواند در بهینه‌سازی بیشتر این سیستم‌ها برای مقاوم‌تر کردن آن‌ها در برابر تغییرات آب و هوایی، افزایش ارزش غذایی، حفاظت از خاک و تضمین بهره‌وری کشاورزی پایدار برای فعلی مفید باشد. و نسل های آینده سیستم‌های غذایی صنعتی از نظر کیفیت، سازگاری و در دسترس بودن محصولات، تقاضاهای زیادی را برای سیستم‌های کشت ایجاد می‌کنند و انتقال به کشاورزی مبتنی بر بیولوژی خاک را چالش‌برانگیزتر می‌کنند.
علاوه بر این، برخی از کشاورزان در اتخاذ شیوه‌های پایدارتر مردد هستند، زیرا آنها اغلب به تلاش و برنامه‌ریزی بیشتری نیاز دارند و خطر کاهش درآمد را حداقل در مرحله اولیه انتقال متحمل می‌شوند. در اینجا، سیاست باید وارد عمل شود و انگیزه های مناسبی را تعیین کند تا به تولیدکنندگان این فرصت را بدهد تا به جای قربانی کردن مهم ترین منبع خود برای سود کوتاه مدت، در پایداری بلندمدت خاک خود سرمایه گذاری کنند. علاوه بر این، هزینه های خارجی کشاورزی فشرده (مانند فرسایش خاک، آب آشامیدنی آلوده، از دست دادن کربن خاک) باید در نظر گرفته شود.
فعالیت‌های کشاورزی تأثیر عمده‌ای بر سلامت خاک و توانایی خاک برای ارائه خدمات اکوسیستمی حیاتی جامعه ما دارد. اگر بر این اساس مدیریت شود، بیولوژی خاک می تواند پتانسیل عظیمی را که در حال حاضر کم استفاده شده است برای تولید محصولات کشاورزی به روشی پایدار آزاد کند، به طوری که خاک های امروزی همچنان می توانند نسل های آینده را تغذیه کنند.

Sebastian Franz Bender رهبر تیم مهندسی اکولوژی خاک در گروه تحقیقاتی تعاملات گیاه و خاک در آگروسکوپ و گروه تحقیقاتی Agroecology و تعاملات گیاهی-میکروبیوم در دانشگاه زوریخ، سوئیس است. تیم او بررسی می کند که چگونه خدمات اکوسیستمی ارائه شده توسط ارگانیسم های خاک می تواند در سیستم های کشاورزی برای افزایش پایداری تولید ارتقا یابد.
مارسل ون در هایدن سرپرست گروه تحقیقاتی تعاملات گیاهی و خاک در آگروسکوپ است. او استاد آگرواکولوژی و برهمکنش‌های میکروبیوم گیاهی در دانشگاه زوریخ و استاد بوم‌شناسی میکوریزا در دانشگاه اوترخت هلند است. تیم او اهمیت تنوع زیستی خاک را برای اکوسیستم ها بررسی می کند و طیف گسترده ای از ابزارها را برای افزایش پایداری سیستم های کشاورزی، از جمله مهندسی اکولوژیکی خاک، میکوریزا و کاربرد کمپوست، محصولات پوششی، کشاورزی ارگانیک و کشاورزی حفاظتی آزمایش می کند.

منابع
Bender، S. F. و همکاران، موفقیت استقرار و اثرات رشد محصول قارچ میکوریز آربوسکولار تلقیح شده در مزارع ذرت سوئیس. کشاورزی، اکوسیستم ها و محیط زیست، 2019. 273: ص. 13-24.
Bender، S. F.، C. Wagg و M. G. A. van der Heijden، یک انقلاب زیرزمینی: تنوع زیستی و مهندسی اکولوژیکی خاک برای پایداری کشاورزی. Trends in Ecology & Evolution, 2016. 31(6): p. 440-452.12.
Bender, S. F., C. Wagg, and M. G. A. van der Heijden, Strategies for Environmentally Sound Soil Ecological Engineering: A Reply to Machado et al. Trends in Ecology & Evolution، 2017. 32(1): p. 10-12.
Bender، S. F. و M. G. A. van der Heijden، بیوتای خاک با بهبود عملکرد محصول، جذب مواد مغذی و کاهش تلفات ناشی از شستشوی نیتروژن، پایداری کشاورزی را افزایش می دهد. مجله اکولوژی کاربردی، 2015. 52(1): ص. 228-239.
Bommarco، R.، D. Kleijn و S.G. Potts، تشدید اکولوژیکی: استفاده از خدمات اکوسیستم برای امنیت غذایی. روندها در اکولوژی و تکامل، 2013. 28 (4): ص. 230-238.
Crowther، T. W. و همکاران، جامعه جهانی خاک و تأثیر آن بر بیوژئوشیمی. علم، 2019. 365(6455): ص. eaav0550.
Decaëns، T.، الگوهای ماکرواکولوژیکی در جوامع خاکی. اکولوژی جهانی و جغرافیای زیستی، 2010. 19 (3): ص. 287-302.
د گراف، M. A. و همکاران، اثرات تشدید کشاورزی بر تنوع زیستی خاک و پیامدهای عملکرد اکوسیستم: یک متاآنالیز، در Advances in Agronomy، جلد 155، D.L. اسپارکس، ویرایشگر. 2019. ص. 1-44.
Guzman، A. و همکاران، تنوع محصول، جوامع قارچی میکوریز آربوسکولار را در یک چشم انداز کشاورزی فشرده غنی می کند. گیاه شناس جدید، 2021. 231(1): ص. 447-459.
Tamburini، G. و همکاران، تنوع کشاورزی خدمات متعدد اکوسیستم را بدون به خطر انداختن عملکرد ارتقا می‌دهد. پیشرفت های علم، 2020. 6(45): ص. eaba1715.
Lehmann، J. و همکاران، مفهوم و چشم انداز آینده سلامت خاک. بررسی طبیعت زمین و محیط زیست، 2020. 1 (10): ص. 544-553.
فیلیپس، آر، حبوبات نشاسته ای در تغذیه، سلامت و فرهنگ انسان. غذاهای گیاهی برای تغذیه انسان، 1993. 44 (3): ص. 195-211.
Salomon، M. J. و همکاران، ارزیابی جهانی تلقیح‌های تجاری میکوریزا آربوسکولار تحت شرایط گلخانه و مزرعه. اکولوژی کاربردی خاک، 2022. 169: ص. 104225.
Sawers, R. J. H., C. Gutjahr, and U. Paszkowski, Cereal mycorrhiza: همزیستی باستانی در کشاورزی مدرن. Trends in Plant Science, 2008. 13(2): p. 93-97.
ون در هایدن، ام.جی و همکاران، بوم شناسی و تکامل میکوریزا: گذشته، حال و آینده. گیاه شناس جدید، 2015. 205(4): ص. 1406-1423.
Thirkell، T. J. و همکاران، تنوع در پاسخ رشد میکوریزا در میان جمعیت نقشه برداری گندم بهاره، پتانسیل تولید مثل برای منافع همزیستی را نشان می دهد. امنیت غذایی و انرژی n/a(n/a): p. e370.
van Elsas، J. D. و همکاران، تنوع میکروبی تهاجم یک پاتوژن باکتریایی به خاک را تعیین می کند. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2012. 109 (4): ص. 1159-1164.
Wagg، C. و همکاران، تنوع زیستی خاک و ترکیب جامعه خاک، چند کارکردی اکوسیستم را تعیین می کند. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2014. 111(14): ص. 5266-5270.