Bodemmicroben leven, werkende barometers van de bodemgezondheid. Ze zijn verantwoordelijk voor het omzetten van stikstof uit de lucht in vormen die planten kunnen gebruiken, en voor het terug vrijgeven van stikstof in de lucht. Beslissingen over het beheer van boerderijen hebben ongetwijfeld invloed op deze microscopisch kleine werkpaarden, maar, tot nu, wetenschappers hadden geen volledig beeld van hoe vruchtwisseling en grondbewerking het bodemmicrobioom beïnvloeden.

"Het meeste onderzoek naar de microbiële gezondheid van de bodem is gedaan in een laboratorium of in een kas, of in veldexperimenten op korte termijn. Hier in Illinois, we hebben een fantastische kans om te kijken naar wat bedrijfsbeheer op lange termijn met de bodem doet, " zegt Maria Villamil, universitair hoofddocent bij het Department of Crop Sciences aan de University of Illinois en co-auteur van een nieuwe studie gepubliceerd in Wetenschap van de totale omgeving .

Gebruikmakend van een 20-jarig veldexperiment, Gewaswetenschappers uit Illinois hebben significante risico's aangetoond die samenhangen met continue maïsrotatie, zowel voor de microbiële gemeenschap in de bodem als voor de gezondheid van het milieu op grotere schaal.

"Om de opbrengstniveaus onder continue maïs op peil te houden, er is meer anorganische stikstof nodig, waardoor de stikstofcyclus wordt geïntensiveerd en een gevaarlijke lus ontstaat, " zegt Gevan Behnke, hoofdauteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker in de gewaswetenschappen. "Het resultaat is verzuring en mogelijke toename van stikstofverlies en schadelijke lachgasemissies."

Door maïs met soja een jaar of langer te roteren, wordt het effect getemperd, vonden de onderzoekers.

Gewaswetenschappers uit Illinois plantten voor het eerst maïs en sojabonen op de proeflocatie in 1996, met enkele velden in aaneengesloten maïs, anderen in continue soja, en anderen roteren jaarlijks tussen de gewassen. Binnen elk teeltsysteem, velden werden ofwel niet elk jaar bewerkt of beiteld.

Behnke analyseerde bodemmonsters van elk veldtype in 2015 en 2016, het extraheren van DNA en het meten van fysische en chemische eigenschappen.

"De DNA-analyse was belangrijk omdat veel problemen te maken hebben met de stikstofcyclus, of dat nu lachgasemissies zijn, nitraat dat uitspoelt naar waterlichamen, of gewoon een giftige ophoping van stikstof in de bodem, " zegt Behnke. "Daarom, we bestudeerden genen en microbiële groepen geassocieerd met fixatie, nitrificatie, en denitrificatie."

Het proces van microbiële nitrificatie verandert ammoniakmest in nitraat, een veel mobielere vorm geassocieerd met afvoer en uitloging. denitrificatie, anderzijds, zet nitraat om in gasvormige vormen, inclusief stikstof- en lachgas, een krachtig broeikasgas.

Door alle gegevens bij elkaar te brengen, de onderzoekers vonden continu maïs verhoogde organische stof en zuurgraad in de bodem, en leidde tot een toename van microben die betrokken zijn bij zowel nitrificatie als denitrificatie. De onderzoekers vonden het tegenovergestelde patroon in continue soja, en tussenresultaten in de maïs-soja-rotaties.

"Eerdere studies hebben aangetoond dat maïs continu meer broeikasgassen uitstoot, maar onze studie legde uit waarom op microbieel niveau, "zegt Behnke. "Het was goed om te zien dat onze resultaten zo overeenkwamen."

No-till management verhoogde organische stof in de bodem, wat leidde tot meer zure bodems en een toename van de overvloed aan bacteriën die ammoniak omzetten in nitraat.

"Stikstof blijft op de grond achter in velden zonder bewerking, terwijl grondbewerking die stikstof echt over de bovenste 10 centimeter kan verspreiden. Echter, grondbewerking op zichzelf was niet zo'n sterke aanjager van microbiële overvloed als vruchtwisseling, " zegt Behnke. "Uiteindelijk, het verminderen van het aantal maïsjaren zal de negatieve effecten van continue maïs op de bodemgezondheid helpen verminderen."

De eerste studie in zijn soort levert niet alleen belangrijke fundamentele informatie over bodemgezondheid in agronomische systemen, het vormt ook een basis voor toekomstig onderzoek.

Het grotere onderzoeksprogramma van Villamil probeert te begrijpen hoe bodembedekkers de microbiële activiteit in de bodem beïnvloeden wanneer ze worden toegevoegd aan maïs- en sojarotaties. Haar team publiceerde onlangs een analyse van bestaand onderzoek over het onderwerp en voltooide twee jaar veldbemonstering met bodembedekkers op de langetermijnlocatie.

"Grote foto, we kijken of er een potentieel is om de bodemgezondheid en het microbioom te manipuleren met bodembedekkers. In Illinois, we zitten een beetje vast met dit systeem van maïs en sojabonen. Onze resultaten geven aan dat het afwisselen van maïs met soja kan helpen, maar het zijn echt zeer vergelijkbare gewassen, beide zeer extractief, Villamil zegt. "We moeten de diversiteit aan gewassen vergroten, zowel in de tijd als in de ruimte, en ik denk dat bodembedekkers een van de oplossingen is die we op dit moment hebben. We moeten bewustwording creëren."

Ze voegt eraan toe dat het verbeteren van de bodemgezondheid van het grootste belang is, ongeacht de methode.

"De gezondheid van de bodem heeft veel verbanden met de gezondheid van het milieu, voornamelijk door de beheersing van broeikasgassen, maar ook voor de menselijke gezondheid. Recent onderzoek vindt correlaties tussen de microbiële biodiversiteit in de bodem en het menselijk microbioom. Er is dus een sterke behoefte om het functioneren van de bodemgezondheid binnen verschillende landbouwomgevingen echt te begrijpen vanwege deze sterke banden met de gezondheid van het milieu en mogelijk de menselijke gezondheid, " zegt ze. "Een gezonde bodem ondersteunt een gezond leven."

Het artikel, "Verzuring in monoculturen van maïs is gunstig voor schimmels, ammoniak oxiderende bacteriën, en nirK-denitrifier-groepen, " is gepubliceerd in Wetenschap van de totale omgeving .