وثيقة
The Effect of organic farming on soil microbial resilience, function and taxonomic diversity.
المصدر
Master's thesis
عناوين أخرى
تأثير الزراعة العضوية على مرونة التربة ووظائفها وتنوعها التصنيفي
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2023
اللغة
الأنجليزية
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
Organic agricultural systems are focused on reducing the use of chemical fertilizers and pesticides
use and on improving agriculture production and soil ecosystem health. Despite the most familiar
roles of soil microbial in farming systems, there is still a limited awareness and understanding of
the long-term response of functional diversity in organic and conventional farming systems. In this
study, we investigate the functional diversity response of the soil microbial to a) organic
monoculture, b) organic polyculture; c) conventional monoculture; and d) conventional
polyculture. Experiments used soil samples from the SQU agriculture station long-term
greenhouse perennial fruit tree trial, which at the moment of sampling had been in place for four
consecutive years. The effect of cropping systems on soil health was studied through their impact
on soil microbial enumeration, resilience, functional and taxonomic diversity. The MicroRespTM
assay was used to assess microbial use of different carbon sources (function) through their
respiration response. This substrate-induced respiration was performed using 18 carbon substrates
to determine the microbial community response to organic acids, bases, sugars, and amino acids.
For this MicroRespTM assay, organic farming soils exhibited slightly lower Shannon diversity
index values compared to conventional farming, suggesting a less functionally diverse microbial
community in the soil. However, organic farming displayed higher values of evenness and
equitability, indicating a more balanced distribution in response to different carbon sources.
Furthermore, polyculture systems exhibited higher functional diversity values compared to
monoculture, emphasizing the importance of crop diversity in promoting functional diversity. Soil
samples were subjected in vitro to drought, heat, and heat+drought stresses. The drought treatment
samples were kept in the open air for a week at 20-30 oC until around 2% (w/w) of soil moisture
was reached. For the heat treatment, both dry and moist soils (15% w/w) were subjected to 50 ˚C
for 3 days in a growth chamber. After the stresses were applied, soil microbial respiration was
monitored for a 30-day incubation period, to assess microbial recovery.
Results indicated that, organic management practices generally exhibited higher stress resistance
compared to conventional farming soils, although organic amendments slightly decreased the
resilience of soil microbial communities to all stresses. This decrease could be attributed to the
presence of organic amendments that promote the population of less-resilient microbes. The
taxonomic diversity of soil microbial communities under different abiotic stress conditions using
16S rRNA sequencing revealed distinct patterns in taxonomic diversity among various farming
systems and stress conditions. Organic farming practices, both monoculture (citrus) and
polyculture (citrus and mango), were found to promote higher taxonomic diversity compared to
conventional farming systems under normal (non-stress) conditions. Furthermore, organic farming
systems displayed greater resilience to drought and heat stresses, maintaining higher taxonomic
diversity after both stresses applied individually. However, when both drought and heat stresses
were combined, all farming systems experienced a substantial reduction in taxonomic diversity
and the soil management effect was not evident. These findings provide valuable insights into the
benefits and limitations of organic and conventional agriculture in nurturing soil health and
bolstering its resilience. By recognizing soil as a living ecosystem, we can make informed
decisions to promote sustainable agricultural practices that optimize the intricate dynamics of the
soil microbial community, fostering long-term ecological balance and productivity.
الملخص العربي
تركز أنظمة الزراعة العضوية على الحد من استخدام الاسمدة الكيماوية ومبيدات الافات وعلى تحسين الانتاج الزراعي وصحة النظام البيئي للتربة. على الرغم من الادوار الاكثر شيو ًعا لميكروبات التربة في أنظمة الزراعة، ال يزال هناك وعي وفهم محدودان لالستجابة طويلة الاجل للتنوع الوظيفي في أنظمة الزراعة العضوية والتقليدية. في هذه الدراسة، نتحرى استجابة التنوع الوظيفي لميكروبات التربة إلى أ( الزراعة العضوية الاحادية، ب( الزراعة العضوية متعددة الانواع، ج( الزراعة الاحادية التقليدية، د( الزراعة المختلطة التقليدية. استخدمت التجارب عينات من التربة من محطة الزراعة في جامعة السلطان قابوس على المدى الطويل الذي استمر فيها الزراعة والحصاد لمدة أربع سنوات متتالية. تمت دراسة تأثير النظم المحصولية على صحة التربة من خالل تأثيرها على التعداد الميكروبي للتربة، والمرونة، والتنوع الوظيفي والتصنيفي. تم استخدام اختبار MicroRespTM لتقييم الاستخدام الميكروبي لمصادر )وظيفة( الكربون المختلفة من خالل استجابتها للتنفس. تم إجراء هذا التنفس الناجم عن الركيزة باستخدام 18 ركيزة كربون لتحديد استجابة المجتمع الميكروبي للأحماض العضوية والقواعد والسكريات والاحماض ، أظهرت تربة الزراعة العضوية قي ًما أقل قليلاً shannon مقارنة الامينية. بالنسبة لتجربة TM MicroResp لمؤشر تنوع بالزراعة التقليدية، مما يشير إلى مجتمع ميكروبي أقل تنو ًعا وظيفيًا في التربة. ومع ذلك، أظهرت الزراعة العضوية قي ًما أعلى استجاب لمصادر الكربون المختلفة. عالوة على ذلك، أظهرت النظم ً من التكافؤ والانصاف، مما يشير إلى توزيع أكثر توازنا ةً متعددة الانواع قيم تنوع وظيفي أعلى مقارنة بالزراعة الاحادية، مما يؤكد على أهمية تنوع المحاصيل في تعزيز التنوع الوظيفي. تعرضت عينات التربة في المختبر للجفاف والحرارة والحرارة + الجفاف. تم حفظ عينات اخرى في الهواء الطلق لمدة أسبوع عند 30-20 درجة مئوية حتى تم الوصول إلى حوالي 2 ٪ من رطوبة التربة. للمعالجة الحرارية، تم تعريض كل من التربة الجافة والرطبة )٪15( إلى 50 درجة مئوية لمدة 3 أيام. بعد تطبيق الضغوطات، تمت مراقبة التنفس الميكروبي للتربة لمدة 30 يو ًما من فترة الحضانة، لتقييم التعافي الميكروبي. أشارت النتائج إلى أن ممارسات الادارة العضوية أظهرت عمو ًما مقاومة إجهاد أعلى مقارنة بتربة الزراعة التقليدية، على الرغم من أن التعديالت العضوية قللت بشكل طفيف من مقاومة المجتمعات الميكروبية للتربة لجميع الضغوطات. يم كن أن يُعزى هذا الانخفاض إلى وجود تعديالت عضوية تعزز أنواع الميكروبات الاقل مرونة. كشف التنوع التصنيفي للمجتمعات الميكروبية في التربة تحت ظروف الضغوطات المختلفة باستخدام تسلسل 16RNA S عن أنماط مميزة في التنوع التصنيفي بين أنظمة الزراعة المختلفة والضغوطات. تم العثور على أن الزراعة العضوية، سواء الزراعة الاحادية )الحمضيات( أو الزراعة متعددة الانواع )الحمضيات والمانجو(، لتعزيز التنوع التصنيفي العالي مقارنة بأنظمة الزراعة التقليدية في ظل الظروف العادية )غير المجهدة(. عالوة على ذلك، أظهرت أنظمة الزراعة العضوية قد ًرا أكبر من المرونة في مواجهة ضغوطات الجفاف والحرارة، وحافظت على تنوع تصنيفي أعلى بعد تطبيق كلا الاجهادين بشكل فردي. Viii ومع ذلك، عندما تم الجمع بين كل من الجفاف والحرارة، شهدت جميع أنظمة الزراعة انخفا ًضا كبي ًرا في التنوع التصنيفي ولم يكن تأثير إدارة التربة واض ًحا. توفر هذه النتائج رؤى قيمة حول فوائد وقيود الزراعة العضوية والتقليدية في صحة التربة وتعزيز مرونتها. من خالل الاعتراف بالتربة كنظام بيئي حي.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية