DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1481156
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39834373
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Peifei Cong وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الكربون والنيتروجين في التربة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير التعديلات العضوية على المجتمعات الميكروبية في التربة عبر تدرج ملوحة، مع معالجة القضية الملحة لتملح التربة الساحلية. استخدمت الدراسة خمسة مستويات من الموصلية الكهربائية (EC) تتراوح من 0.33 إلى 2.04 ديسيسيمنز لكل متر وطبقت تجارب نباتية في أصص داخلية لتقييم تأثير الأسمدة العضوية الميكروبية على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة وبنية المجتمع الميكروبي. تشير النتائج الرئيسية إلى أن التعديلات العضوية تعزز بشكل كبير محتوى المادة العضوية، والنيتروجين الكلي، وكتلة المحاصيل مقارنةً بعينات التحكم عند مستويات ملوحة متساوية. بالإضافة إلى ذلك، كانت النشاط الميكروبي واستخدام الركيزة أعلى بشكل ملحوظ في الترب المعدلة، حيث كشفت تحليل المطابقة الكنسية عن تغييرات في تركيب المجتمع الميكروبي مرتبطة بتغيرات في pH التربة ومؤشرات الكتلة الحيوية.
تظهر النتائج أيضًا أن تطبيق الأسمدة العضوية الميكروبية يزيد من نسبة Actinobacteriota بينما يقلل من Chloroflexi في الترب ذات مستويات الملوحة المماثلة. على وجه الخصوص، في الترب ذات موصلية كهربائية 0.3 ديسيسيمنز لكل متر، ارتفعت وفرة الأكتينوميسيتات من 23% إلى 27%، بينما انخفضت البازيديوميسيتات من 20% إلى 6%. تستنتج الدراسة أن الإمكانات الأيضية الميكروبية والتنوع الوظيفي تتناقص مع زيادة الملوحة، ولكن التعديلات العضوية يمكن أن تعزز نشاط المجتمع الميكروبي وكتلة الحيوية في الترب ذات EC ≤ 1.13 ديسيسيمنز لكل متر. تؤكد هذه النتائج على إمكانات الأسمدة العضوية الميكروبية في تحسين الترب المالحة القلوية، خاصة في مناطق مثل دلتا نهر هوانغ في الصين.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية القضية الحرجة لتملح التربة الساحلية، وهو مساهم كبير في تدهور الأراضي العالمية. تبرز فعالية التعديلات العضوية في معالجة الأراضي المالحة القلوية، مشيرةً إلى دراسات تُظهر كيف يمكن أن تعزز هذه التعديلات توفر العناصر الغذائية والنشاط الميكروبي في الترب المتأثرة. على سبيل المثال، أظهرت إضافة الميكروبات مع الحمأة العضوية تحسين تثبيت النيتروجين في الترب المالحة القلوية، بينما تعزز المادة العضوية نمو الفطريات الميكورية الجذرية، مما يعود بالفائدة على صحة النباتات وبنية التربة.
على الرغم من النتائج الواعدة، تشير المقدمة إلى وجود فجوة في الأبحاث الحالية بشأن تأثيرات التعديلات العضوية المختلفة عبر تدرجات الملوحة المختلفة. تؤكد على دور الميكروبات في التربة في دورة العناصر الغذائية والتأثيرات السلبية للملوحة على الكتلة الحيوية والنشاط الميكروبي. تهدف الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقييم تأثير التعديلات العضوية على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة والخصائص الميكروبية، باستخدام طريقة Biolog ECO MicroPlate لتقييم التنوع الوظيفي الميكروبي. تشمل الأهداف فهم العلاقة بين الخصائص الميكروبية والتربة وكتلة النبات في الترب المالحة، مما يساهم في تطوير استراتيجيات فعالة لمعالجة الأراضي المالحة القلوية.
طرق
في هذه الدراسة، كانت التعديلات العضوية المستخدمة مستمدة من مزيج من فضلات الحيوانات وقش النباتات، الذي خضع للتخمر والتنقية لأكثر من 60 يومًا. تم معالجة القش إلى طول -5 مم قبل التسميد، وتم دمج المواد مع سائل التخمر بنسبة 1:200. كان سائل التخمر، المستخرج من شركة ETS لتطوير العلوم والتكنولوجيا البيولوجية، يحتوي على أكثر من 60 سلالة ميكروبية. أظهرت التعديلات العضوية الناتجة الخصائص التالية: موصلية كهربائية (EC) تبلغ 0.3 ديسيسيمنز لكل متر، pH يبلغ 5.8، نيتروجين كلي (N) يبلغ 17.8 غرام لكل كيلوغرام، كربون كلي (C) بنسبة 13.25%، نسبة كربون إلى نيتروجين (C/N) تبلغ 7.43، وتركيزات من الفوسفور المتاح (P) والبوتاسيوم (K) تبلغ 12 غرام لكل كيلوغرام و18.02 غرام لكل كيلوغرام، على التوالي. كان تركيب الأسمدة الكيميائية المستخدمة في الدراسة 15-15-15 للنيتروجين، P₂O₅، وK₂O، مع محتوى إجمالي من العناصر الغذائية لا يقل عن 45%.
تم إجراء أخذ عينات التربة في سبتمبر 2021، حيث تم استخدام مثقاب بقطر 3 سم لجمع العينات من كل قطعة، مع ضمان الحصول على عينة مختلطة من الزوايا الأربع. تم تحليل عينات التربة الطازجة لتقييم المجتمع الميكروبي، بينما تم تجفيف عينات فرعية للقياسات الخاصة بالكربون العضوي في التربة (SOC)، والنيتروجين الكلي، وpH. بعد خمسة أشهر من الزراعة، تم تسجيل كل من أوزان النباتات الطازجة والمجففة. تم تحديد pH التربة باستخدام إجراءات قياسية، وتم قياس EC في خليط من التربة والماء بنسبة 1:5. تم حساب EC المعجون المشبع (ECₑ) باستخدام الصيغة: \( EC_e = (14.0 – 0.13 \times \text{clay \%}) \times EC_{1:5} \). تم تحليل تركيزات الأمونيوم القابل للتبادل (NH₄⁺) والنترات (NO₃⁻) باستخدام محلل تدفق مستمر، بينما تم تقييم النيتروجين الكلي عبر طريقة هضم كيلدال. تم تحديد تركيزات الكربون العضوي من خلال الأكسدة الرطبة-التسوية الحمراء، وتم قياس كثافة التربة باستخدام طريقة الكتلة. تم تقييم قدرة احتباس الماء (WHC) من خلال تشبع التربة في إعداد زجاجي مسامي تحت عمود ماء بارتفاع 100 سم لمدة 48 ساعة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على أهميتها.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس محددة، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، أو قيم p، لإظهار موثوقية وصلاحية نتائجهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي اتجاهات أو أنماط ملحوظة فيما يتعلق بأسئلة البحث المطروحة سابقًا في الدراسة. بشكل عام، توفر النتائج فهمًا أساسيًا لتداعيات البحث وت pave the way for further discussion and interpretation in subsequent sections.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات ملوحة التربة والتعديل العضوي على النشاط الميكروبي، وخصائص التربة، وكتلة النبات باستخدام خمسة أنواع من التربة الطينية من مقاطعة وودي، الصين. أظهرت الترب مستويات متفاوتة من الموصلية الكهربائية (EC)، تتراوح من 0.30 إلى 2.04 ديسيسيمنز لكل متر، مما أثر على النشاط الميكروبي وبنية المجتمع. زادت تطبيقات التعديلات العضوية بشكل كبير من نسبة الكتل الكبيرة (>250 ميكرومتر) وحسنت محتوى المادة العضوية في التربة (OM) والنيتروجين الكلي (N)، خاصة في ظروف الملوحة المنخفضة. ومع ذلك، عند مستويات الملوحة العالية (≥1.45 ديسيسيمنز لكل متر)، كانت كل من كتلة الجذور والسوق منخفضة بشكل ملحوظ، مما يشير إلى أن الملوحة تؤثر سلبًا على نمو النباتات وتنوع الميكروبات.
كشف تحليل Biolog ECO MicroPlate أن الإمكانات الأيضية الميكروبية انخفضت مع زيادة الملوحة، مع وجود اختلافات كبيرة في أنماط استخدام الركيزة بين العلاجات التي تحتوي على تعديلات عضوية وتلك التي لا تحتوي عليها. وجدت الدراسة أن التعديلات العضوية لم تخفف فقط من التأثيرات السلبية للملوحة على النشاط الميكروبي، بل أيضًا غيرت تركيب المجتمع الميكروبي، مما زاد من وفرة الفصائل المفيدة مثل Actinobacteriota. أظهر تحليل المطابقة الكنسية (CCA) علاقات قوية بين خصائص التربة، والخصائص الميكروبية، وكتلة النبات، مما يشير إلى أن التعديلات العضوية يمكن أن تحسن من مرونة الميكروبات وتنوعها الوظيفي في الترب المالحة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية التعديلات العضوية في إدارة صحة التربة وتعزيز الإنتاجية الزراعية في البيئات المالحة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1481156
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39834373
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Peifei Cong et al.
Primary Topic: Soil Carbon and Nitrogen Dynamics
Overview
The research investigates the impact of organic amendments on soil microbial communities across a saline gradient, addressing the pressing issue of coastal soil salinization. The study employed five levels of electrical conductivity (EC) ranging from 0.33 to 2.04 dS m⁻¹ and utilized indoor potted plant experiments to assess the effects of microbial organic fertilizers on soil physicochemical properties and microbial community structure. Key findings indicate that organic amendments significantly enhance organic matter content, total nitrogen, and crop biomass compared to control samples at equivalent salinity levels. Additionally, microbial activity and substrate utilization were notably higher in amended soils, with canonical correspondence analysis revealing shifts in microbial community composition linked to changes in soil pH and biomass indicators.
The results further demonstrate that the application of microbial organic fertilizers increases the proportion of Actinobacteriota while decreasing Chloroflexi in soils with similar salinity levels. Specifically, in soils with 0.3 dS m⁻¹ EC, the abundance of actinomycetes rose from 23% to 27%, while basidiomycetes declined from 20% to 6%. The study concludes that microbial metabolic potential and functional diversity diminish with increasing salinity, but organic amendments can enhance microbial community activity and biomass in soils with EC ≤ 1.13 dS m⁻¹. These findings underscore the potential of microbial organic fertilizers for improving saline-alkali soils, particularly in regions like the Yellow River Delta in China.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the critical issue of coastal soil salinization, a significant contributor to global land degradation. It highlights the effectiveness of organic amendments in remediating saline-alkali lands, citing studies that demonstrate how such amendments can enhance nutrient availability and microbial activity in affected soils. For instance, the addition of microorganisms with organic sludge has been shown to improve nitrogen immobilization in alkaline saline soils, while organic matter promotes the growth of arbuscular mycorrhizal fungi, which in turn benefits plant health and soil structure.
Despite the promising findings, the introduction notes a gap in existing research regarding the effects of various organic amendments across different salinity gradients. It emphasizes the role of soil microbes in nutrient cycling and the adverse impacts of salinity on microbial biomass and activity. The study aims to fill this gap by evaluating the influence of organic amendments on soil physicochemical properties and microbial characteristics, utilizing the Biolog ECO MicroPlate method to assess microbial functional diversity. The objectives include understanding the relationship between microbial and soil characteristics and plant biomass in saline soils, thereby contributing to the development of effective remediation strategies for saline-alkali lands.
Methods
In this study, the organic amendment utilized was derived from a mixture of animal excrement and plant straw, which underwent fermentation and refinement for over 60 days. The straw was processed to a length of -5 mm prior to composting, and the materials were combined with fermentation liquor at a ratio of 1:200. The fermentation liquor, sourced from ETS biological science and technology development company, contained over 60 microbial strains. The resulting organic amendment exhibited the following characteristics: electrical conductivity (EC) of 0.3 ds m⁻¹, pH of 5.8, total nitrogen (N) of 17.8 g kg⁻¹, total carbon (C) of 13.25%, a carbon-to-nitrogen (C/N) ratio of 7.43, and available phosphorus (P) and potassium (K) concentrations of 12 g kg⁻¹ and 18.02 g kg⁻¹, respectively. Chemical fertilizer used in the study had a nutrient composition of 15-15-15 for N, P₂O₅, and K₂O, with a total nutrient content of at least 45%.
Soil sampling was conducted in September 2021, where a 3-cm-diameter auger was used to collect samples from each plot, ensuring a mixed sample from four corners. Fresh soil samples were analyzed for microbial community assessment, while subsamples were air-dried for measurements of soil organic carbon (SOC), total N, and pH. After five months of cultivation, both fresh and dried plant weights were recorded. Soil pH was determined using standard procedures, and EC was measured in a 1:5 soil-to-water mixture. The saturated paste EC (ECₑ) was calculated using the formula: \( EC_e = (14.0 – 0.13 \times \text{clay \%}) \times EC_{1:5} \). Exchangeable ammonium (NH₄⁺) and nitrate (NO₃⁻) concentrations were analyzed using a continuous-flow analyzer, while total N was assessed via the Kjeldahl digestion method. Organic C concentrations were determined through wet oxidation-redox titration, and soil bulk density was measured using the clod method. Water holding capacity (WHC) was evaluated by saturating soils in a sintered glass setup under a 100 cm water column for 48 hours.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables to illustrate the outcomes. The results are often compared against hypotheses or previous studies to highlight their significance.
In this section, the authors may report specific metrics, such as means, standard deviations, or p-values, to demonstrate the reliability and validity of their findings. Additionally, any observed trends or patterns are discussed in relation to the research questions posed earlier in the study. Overall, the results provide a foundational understanding of the implications of the research and pave the way for further discussion and interpretation in subsequent sections.
Discussion
In this study, the effects of soil salinity and organic amendment on microbial activity, soil characteristics, and plant biomass were investigated using five loamy soils from Wudi County, China. The soils exhibited varying electrical conductivity (EC) levels, ranging from 0.30 to 2.04 dS m⁻¹, which influenced microbial activity and community structure. The application of organic amendments significantly enhanced the proportion of macro-aggregates (>250 μm) and improved soil organic matter (OM) and total nitrogen (N) content, particularly in lower salinity conditions. However, at higher salinity levels (≥1.45 dS m⁻¹), both root and shoot biomass were notably reduced, indicating that salinity adversely affects plant growth and microbial diversity.
The Biolog ECO MicroPlate analysis revealed that microbial metabolic potential decreased with increasing salinity, with significant differences in substrate utilization patterns observed between treatments with and without organic amendments. The study found that organic amendments not only mitigated the negative impacts of salinity on microbial activity but also altered the microbial community composition, enhancing the abundance of beneficial phyla such as Actinobacteriota. Canonical correspondence analysis (CCA) demonstrated strong correlations between soil properties, microbial characteristics, and plant biomass, suggesting that organic amendments can improve microbial resilience and functional diversity in saline soils. Overall, the findings underscore the importance of organic amendments in managing soil health and enhancing agricultural productivity in saline environments.