Maaperän mikrobit ovat välttämättömiä elämässä ja voivat auttaa vähentämään ilmastonmuutosta

Luento Lyonissa: Illuusio nimeltä sairaus www regenere org (Saattaa 2019).

Anonim

Kate Scow, professori maaperätieteestä ja maaperän mikrobiekologiasta UC Daviksella, pitää muovipusseja täynnä maata työpöydällä.

Kokous on hänen toimistossaan Plant and Environmental Sciences -rakennuksessa kampuksella, ei Russell Ranchissa, jossa hän on yliopiston ainutlaatuisen 300 hehtaarin tutkimuslaitoksen johtaja, joka tutkii hallintokäytäntöjen ja ilmaston pitkän aikavälin vaikutuksia maatalouden kestävyyteen. Kalifornia on jälleen sateinen jälleen. "Meidän maaperemme ovat mopping ja on vaikea liikkua siellä juuri nyt", sanoo Scow.

Yksi pusseista on täynnä kuohkeaa, vaaleanruskeaa maata, joka pysyy yhdessä pienissä mökeissä. Se on peräisin orgaanisesti hoidetusta tomaattikentästä. Toinen pussi on lähes kiinteä, harmaa lohkoryhmä, kuten sementti- tiili.

"Se johtuu siitä, että se oli märkä kun se oli märkä. Rakenne on täysin hajonnut." Hän tarttuu pussiin ja pitää sen kiinni. "Mutta sinä saatat olla yllättynyt siitä, että tässäkin lohkossa on joitain mikro-organismeja, jotka ovat kaikkialla."

Mikrobiologinen ekologia on yksi Scowin ensisijaisista tutkimusalueista. Se, mitä hän yrittää ymmärtää, on se, miten voimme kohdentaa uudelleen maanalaisia ​​maatalouskäytäntöjä ja tehostaa edullisten mikro-organismien toimintaa. Vain muutamia hänen viimeaikaisista tutkimushankkeistaan ​​käsittävät bakteerien ja sienten herkkyyden viljelyyn ja viljelykasvien käsittelyyn sekä kivennäislannoitteiden vaikutuksen hallittuihin ja hallitsemattomiin maatalousjärjestelmiin.

Vaikka maaperäiset mikrobit ovat välttämättömiä elämälle maan päällä, tiedemiehet tunnustavat helposti, että he tietävät vielä suhteellisen vähän heistä. He tietävät, että he ovat hyvin, hyvin runsaita ja hyvin erilaisia.

"Yksi gramma maaperästä - noin neljäsosa teelusikasta - voi helposti sisältää miljardin bakteerisolun ja useita kilometrejä sienifilamentteja", Scow sanoo.

Ja kuinka monta erilaista organismia saattaa olla maaperässä? "Maaperä on ylivoimaisesti monimuotoinen, ja arviolta 10 000-50 000 erilaista teraalia tl: ssa, joita on vaikea arvailla ja jatkuvasti säätää, kun lisäämme maaperän mikrobiomme sekvensointitoimien kautta", sanoo Scow, viitaten genomisen sekvensoinnin, joka tunnistaa organismit niiden ainutlaatuisilla geneettisillä ominaisuuksilla.

Elävä ekosysteemi

Toisin kuin Scow, kun suurin osa meistä ajaa uudella auratulla maatalousmaalla, näemme likaa. Voimme kuvitella muutamia vikoja, ehkä matoja, mutta lähinnä useimmat meistä näkevät maaperän elottomana substraattina, johon kasvit kasvavat.

Maaperä on kuitenkin elävä kokonaisuus, monimuotoinen ekosysteemi, joka on yksi monimutkaisimmista planeetalla. Ja se on yksi, joka on välttämätöntä ihmiselämälle kaikkien sen tarjoamien toimintojen kautta - elintarviketuotanto, vedenpuhdistus, kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen ja pilaantumisen puhdistus - muutamia.

"Monet prosessit, jotka ovat todella tärkeitä maaperässä, kuten orgaanisen materiaalin hajoaminen, menevät maaperän rakenteen - kiviaineksen - eli maaperän rakenteellisten yksiköiden rakentamiseen", sanoo Scow. "Nämä aggregaatit määrittävät, kuinka hyvin vesi vuotaa, kun sataa, kuinka hyvin se säilyy kuivana, ja kaasujen vaihto, kuten kyky saada happea kasvien juurille, määräytyy maaperän rakenteen mukaan".

Mitä näet, kun käännyt yli lapioinen terve maaperä ei ole vain sattumalta. "Mikrobit ovat arkkitehdit, jotka rakentavat tätä rakennetta", sanoo Scow. Ja hän huomauttaa, että miten hoidamme maatilojen maaperä voi päättää, autetaanko tai estelemme näitä mikroskooppisia rakenteellisia insinöörejä.

Terveet maaperät voivat auttaa vähentämään ilmastonmuutosta

Gut-mikrobit ovat saaneet paljon huomiota viime vuosina, kun tutkijat jatkavat ihmisen terveyden ja suvessamme elävän monimutkaisen suhteen avaamista.

Ihmisille on hyödyllisiä prebiootteja ja probiootteja. On selvää, että Lactobacillus bulgaricus ja Streptococcus thermophiles bakteerit jogurtti ovat meille hyviä. Mutta onko olemassa samoja "hyviä bakteereja" kasveille ja maaperälle?

Pyydän Radomir Schmidtia, Kate Scowin laboratorion tutkijatohtori, että kysymys. Hän nauraa. "Se on miljoonan dollarin kysymys, tiedämme, että on paljon maaperä-mikrobeja, mutta emme tiedä, mitä monet heistä tekevät.

Hän selittää, että maaperässä on hyödyllisiä mikrobeja, mutta tutkijat eivät vielä tiedä, miten maaperän mikrobien väliset vuorovaikutukset johtavat erilaisiin käytännön tuloksiin.

Mikrolailla on uskomattoman moninaiset toiminnot maaperässä. On nitrifioivia mikrobeja, jotka muuntavat ammoniumin nitriitiksi ja sitten nitraatiksi. On mikrobeja, jotka voivat metaboloida lannoitteita ja torjunta-aineita ja jopa epäpuhtauksia. Mutta vaikka joidenkin maaperä-mikrobien ominaisuudet ovat tiedossa, on vielä paljon opittavaa, kuten kuinka tärkeä tiimityö eri organismeissa on näiden palvelujen tarjoamisessa.

Hiilen sitominen maaperässä

Olin tavannut Schmidtin, kun hän osallistui Office of Researchin sponsoroimaan mikrofoniympäristöön auttaakseen UC Davisin tutkijoita verkosta mahdollisista monitieteellisistä mikrobiomprojekteista. Hän oli siellä aivoriihi hankkeita kuten hiilen sitomista.

Maaperä on tullut keskittymään tarkastelemaan tapoja lieventää ilmastonmuutosta. Terve maaperä on joustavampi muuttuvassa ympäristössä. Se myös ravitsee kasveja, joiden avulla kasveja voidaan poistaa ilmakehästä hiilidioksidista - kasvihuonekaasusta.

Ja itse maaperä on myös massiivinen hiilivarasto. Siellä on talonpoistolaitosten ja eläinten hiiliyhdisteet sekä kaikki maaperän sisällä elämä - mikrobista matoihin puiden juurille. Ja hiili on välttämätöntä, jotta maaperä mikrobien voi kukoistaa.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että maatalouskäytäntöjen muutokset voivat lisätä maaperään varastoitua hiiltä. Russell Ranchin 20-vuotisessa tutkimuksessa todettiin, että lisäämällä maaperän hiilimäärää kasvoi 37 prosenttia lisäämällä komposti- ja peittokasveja viljeltiin tomaatteja viljalla maissin kanssa.

Kate Scow osallistui myös pitkän aikavälin projektiin, jonka johtama Kalifornian yliopiston maatalous- ja luonnonvarojen osavaltion laajennus asiantuntija Jeff Mitchell, joka tarkasteli suojelutoiminnan vaikutusta maaperän hiilimäärään. San Joaquin -laakson kahdeksanvuotinen tutkimus osoitti, että maatalouden säilyttämiskäytännöt voisivat lisätä hiilen määrää maaperään noin 45 prosentilla.

Kalifornian osavaltio on niin kiinnostunut maaperän mahdollisuuksista vähentää ilmastonmuutosta, jonka Kalifornian elintarvike- ja maatalousosasto jakoi 7, 5 miljoonan dollarin arvosta Terveet maaperä -aloitteen, jonka tavoitteena on maaperän hiilen rakentaminen ja maatalouden kasvihuonekaasujen vähentäminen.

Tutkimukset tutkivat maataloustekniikan vaikutuksia mikrobeihin

Schmidtin Ph.D. on bakteerien genetiikassa. Hän aloitti Scow'ssa laboratoriossa tekemällä geneettistä sekvensointia ja siirtyi asteittain työskentelemään suoraan maatalouden kanssa. Hän haluaa lähteä laboratoriosta. "Tärkein projekti, jonka parhaillaan työskentelen tällä hetkellä, on maatalouden ei-toivottujen vaikutusten vaikutukset ja mikrobiomaan leikkaaminen. Tiedämme melko hyvin yleiset vaikutukset siitä, että maaperää ei jalosteta ja kasvatetaan kasvustoja, mutta tiedämme paljon vähemmän vaikutuksista mikrobiyhteisön jäsenet ", Schmidt sanoo.

Esimerkiksi hän huomauttaa, että sienet ovat erityisen herkkiä maanviljelijöille aiheuttamalle fyysiselle häiriölle, kun taas monet bakteerit eivät ole yhtä alttiita. Bakteereille tärkeämpää oli ruoka - olipa kyseessä sitten peitekasvi. Erilaisia ​​käytäntöjä voi olla ristiriitoja, mikä on yksi niistä syistä, joiden vuoksi tutkimus on niin tärkeä.

Ja joskus tutkimustulokset ovat odottamattomia. Kun Kelly Gravuer, sitten Ph.D. opiskelija Scow's lab, teki tutkimuksen lisäämällä siipikarjan kompostin kolmeen eri maaperään, hän oli melko varma mikrobien monimuotoisuus ravinteiden huono maaperä kasvaisi. Se ei. Se meni alas

"On selvää, että meillä on vielä paljon tietoa siitä, miten siirrytään kasvi- ja eläinkokeista saaduista tiedoista mikrobien erittäin erilaiseen maailmaan", Gravuer sanoo.

Metsäkadonpoiston ja regeneroinnin opetukset Amazonin alueella

Jorge L. Mazza Rodrigues, UC Davisin maa-, ilma- ja vesivarojen osaston professori, on selvittänyt metsäkadon vaikutusta Amazonin sademetsään vuodesta 2008 lähtien.

Hänen ensimmäinen projekti oli Bolondin rajalla lähellä sijaitsevaan Rondôniaan, jossa ero oli Amazonin korkeimmalla metsäkadolla. Myöhemmin Rodrigues lisäsi toisen tutkimusprojektin, Paran osavaltiossa, Amazonin pohjoispuolella. "Heillä on suuria eroja siitä, kuinka paljon sateita he saavat", sanoo Rodrigues.

Hän on pohjoisella pallonpuoliskolla suurimman osan vuotta ja tällä vuosineljänneksellä hän opettaa mikrobiologian tutkimusmenetelmiä käsitelleen seminaarin. Tapasimme toimistossaan Plant and Environmental Sciences -rakennuksessa. Kymmeniä nimimerkkisiä kaulanauhoja eri konferensseista, joihin hän on osallistunut, ja jotka heiluttavat hänen turkismetallinsa alle pyöräilykypäränsä.

Rodrigues tutkii muutoksia maaperän mikrobiomiin, kun primaariset metsät muunnetaan laitumiksi. "Yhdysvalloissa on hyvin vähän ensisijaisia ​​metsiä, joten olemme työskennelleet trooppisten järjestelmien kanssa nykyään, koska se on maatalousjärjestelmien seuraava raja."

Noin 20 prosenttia Amazonin sademetsistä on poistettu - muunnettu laitumiksi nautaeläinten kasvattamiseksi. Brasilia kuuluu maailman neljän parhaan naudanlihan viejän joukkoon. Se, että Yhdysvalloissa on niin vähän ensisijaisia ​​metsiä, on yksi syy Rodrigues yrittää välttää tuomiota Amazonin metsäkadosta huolimatta siitä, että se vaikuttaa ympäristöön.

"Etuoikeutetusta asemasta en aio kertoa jollekulle, että emme tee sitä, mitä Yhdysvallat teki." Hän näkee roolinsa auttaakseen päätöstensä kanssa. "Voisimme auttaa ihmisiä, jos sanomme, että" voimme auttaa sinua saavuttamaan sen, mitä haluat saavuttaa. ""

Muuttelemaan koskematonta sademetsiä laitumiksi vanhentuneet puut poistetaan ja myydään ja sitten kaikki jäljellä poltetaan. Hän sanoo, että polttaminen voi jatkua viikkoja.

Muutokset ekosysteemien monimuotoisuuteen ovat ilmeisiä ja dramaattisia muuntamisen jälkeen. "Olet poistanut kaikki kasvit ja puut, ja sitten sinulla on ehkä yksi ruoho. Menet suuresta määrästä eläinlajeja ehkä yhteen tai kahteen lajikuvaan ja hyvin harvoja lintuja", Rodrigues sanoo.

Muutokset pinnan alla

Mutta mitä hän on siellä opiskella, mikä ei ole niin näkyvä: Hän haluaa tietää, että on tapahtunut mikro-organismien maaperässä.

Hän antaa esimerkkinä Acidobacteria. Acidobacteria on suuri, monipuolinen bakteerifilumi. "Kuten nimi viittaa, he pitävät enemmän happamasta ympäristöstä, alempi pH-maaperä kuin ne, jotka löydämme Amazonin metsistä", sanoo Rodrigues.

Mutta kun metsä on poltettu, kaikki tuhkat lannoita maaperä ja kasvattavat pH-arvoa, mikä tekee siitä emäksisempi. "Ne kaverit eivät pidä siitä", hän sanoo. Metsässä olevia happosakteereja ei löydy laidunnuksesta. "He ovat poissa, koska ympäristö on muuttunut."

Rodrigues on julkaissut lukuisia tutkimuksia mikrobiologiasta. Yksi näki sienen monimuotoisuuden menetyksen Amazonin alueella. Toinen viimeaikainen artikkeli tarkasteli Amazonin typpi-metaanisykliä siihen liittyvien mikrobiyhteisöjen mukaan. Toisessa hän työskenteli mikrobiologisten tutkijoiden kanssa Kiinasta, joka käy läpi samanlaista metsänhakkuutapahtumista Amazonin alueella.

Hän on myös mukana hankkeissa, jotka ovat lähemmäksi kotia, mukaan lukien Kaliforniassa toteutettava projekti, jossa Kate Scow mittaa metaanin mikrobipäästöt, jotka vapautetaan maatiloilla, jotka käyttävät kompostijätevettä. "Mitä olemme oppineet tekemään Amazonin kanssa, me sovellamme Kalifornian maitotiloihin", sanoo Rodrigues.

Koska muunnetut laitumet Amazonin alueella eivät ole hedelmöittyneet, ne päätyvät huonolaatuiseen maaperään, ja ne hylätään yleensä seitsemän kymmenen vuoden kuluttua. Yksi toiveikas merkki, jonka hän näkee Amazonin ympäristön palautumisessa, on mitä seuraavaksi tapahtuu.

"Jos sinulla on vielä metsää, joka ympäröi tätä laitumetaa, metsää alkaa kasvaa uudestaan, se alkaa likaiselta laitumelta - muutamia pensaita, puita tänne ja siellä - sitten se kestää uudelleen, se ei ole niin kaunis ja iso kuin ensisijainen, koska puiden koosta - se vaatii 350 vuotta, jotta suuri puu kasvaa - mutta se palaa tähän järjestelmään. Ja olemme nähneet, että mikrobiologiset toiminnot palaavat myös ", sanoo Rodrigues.

Hän huomauttaa, että sekundäärinen metsät kasvavat ja saavat enemmän hiiltä kuin huippukokonaisuus, joka oli ollut huippukokouksessa kykenevän kaappaamaan.

"Niin kauan kuin ylläpidämme käytäviä ja ylläpidämme ensisijaisen metsän alueita, se voi olla kyseisellä alueella." Eläimet voivat liikkua sisään ja ulos, voimme säilyttää biologisen monimuotoisuuden ja ympäristön rakenteen. "

Mikrobien sitkeys

Kun puhumme mikrobien kyvystä selviytyä tällaisissa erilaisissa ympäristöissä, hän kuvailee, kuinka hän oli auttanut kollegaa eristämään mikrobereita, jotka olivat eläneet syvälle maan alla jäädytetystä permafrostista Siperiassa. Asuminen jäässä.

"He olivat elossa, mutta he odottivat vain jonkin verran ravintoaineita." Hän kuvailee, kuinka erilainen kollega eristäytyi elinkykyisiltä mikrobeilta jäädytetyistä jäännöksistä viimeisestä jääkaudesta. "He palasivat elämäänsä, he olivat vielä elinkelpoisia", sanoo Rodrigues.

"Maapallolla on arvioita, että mikrobeja on ollut täällä 3, 8 miljardia vuotta planeetalla, noin 4, 8 miljardia vuotta ja mikrobien elinkaaren ensimmäiset merkinnät noin 3, 8 miljardia vuotta", Rodrigues sanoo.

Rodriguesin mikrobien työ on antanut hänelle valtavan kunnioituksen eliöille. "Ihailen heitä." Hän hymyilee. "Ne kaverit voivat selviytyä."

menu
menu