1 . Úvod
Zdraví půdy je definováno jako pokračující schopnost půdy fungovat jako životně důležitý živý ekosystém, který udržuje rostliny, zvířata a lidi (USDA-NRCS). Tato definice zdůrazňuje, že zdraví půdy je dynamický stav podporující život, který podporuje makroorganismy a mikroorganismy, cyklování živin a fyzikální vlastnosti potřebné k zajištění potravy, krmiva, vlákniny, paliva a přístřeší pro udržení života a ochranu vody. a kvalitu ovzduší. Podle Karlen et al. (2019) , používání koncepce zdraví půdy k vedení rozhodnutí o využívání půdy a správě půdy je zásadní pro ochranu našich křehkých půdních zdrojů a pro zabránění hladovění a zhoršování životního prostředí.
Postupy obhospodařování půdy lze hodnotit z hlediska jejich udržitelnosti měřením ukazatelů stavu půdy v čase ( Karlen et al., 2003 ). Posouzení zdravotního stavu půdy se rozšiřuje o tradiční testování půdy, které se primárně zaměřuje na chemické vlastnosti půdy (tj. PH a živiny) a úrodnost půdy ( Karlen et al., 2019 ), aby se získal komplexnější pohled na funkce a procesy půdy. Tento přechod je důležitý, protože tradiční úzké zaměření na chemii půdy a výživu rostlin může neúmyslně přispět k fyzikální a biologické degradaci půdy ( Andrews and Carroll, 2001 ).
Chcete-li použít data biologických, chemických a fyzických ukazatelů půdy pro komplexní posouzení stavu půdy, nástroje, jako je rámec pro posuzování půdního managementu (SMAF; Andrews a kol., 2004 ) a komplexní hodnocení zdraví půdy (CASH; Gugino et al., 2009). ). Oba přístupy integrují několik typů měřených dat s inherentními informacemi o vlastnostech půdy, aby poskytovaly hodnocení, která jsou citlivá na postupy hospodaření s půdou a jsou silně korelována s ekosystémovými službami ( Karlen et al., 2019). Typické biologické ukazatele používané v SMAF i CASH zahrnují půdní organický uhlík (SOC) nebo půdní organickou hmotu (SOM), mikrobiální biomasu C (MBC), aktivní C (AC), respiraci půdy (Resp), beta-glukosidázu (BG). a extrahovatelný protein (Prot). Tyto ukazatele odrážejí množství a kvalitu SOM, hojnost a aktivitu půdních mikroorganismů a jsou vázány na několik půdních funkcí a procesů. Půdní mikroorganismy hrají klíčovou roli při rozkladu SOM, cyklování živin, degradaci znečišťujících látek v půdě a tvorbě a stabilitě struktury půdy ( Doran a Parkin, 1996 ). SOC je základem fyzikální, chemické, biologické a ekologické transformace a reakce v půdě a je považován za nejvýznamnější jediný ukazatel zdraví půdy ( Doran and Parkin, 1996)). Stručně řečeno, SOC spolu s dalšími biologickými ukazateli půdy jsou nezbytné pro 1) udržování struktury a agregace půdy, které řídí půdní půdu a provzdušňování; 2) zadržování vody a účinnost využití vody, která řídí toleranci k suchu, vlnám veder a náhlým změnám klimatu; 3) cyklování a zadržování živin, které zmírňují znečištění způsobené přímými zdroji a kvalitu vody; 4) rhizosférické procesy, které ovlivňují elementární transformace a tvorbu půd potlačujících onemocnění; 5) plynné emise, které zmírňují atmosférickou chemii a regulují změnu klimatu; a 6) agronomická produktivita ( Lal, 2016 ).
Biologické ukazatele zdraví půdy se mohou rychle měnit v závislosti na konkrétních zemědělských postupech a rozhodnutích o využívání půdy ( van Es a Karlen, 2019 ). Například bylo prokázáno, že intenzivní zpracování půdy, jako je orba na poli (MP), negativně ovlivňuje půdní mikrobiální společenství narušením hyfálních sítí saprofytických hub z důvodu snížené dostupnosti substrátu, zmenšení povrchové plochy pro stabilizaci a snížené enzymatické aktivity ( Holland a Coleman, 1987). , Lützow a kol., 2006 ). Bylo také prokázáno, že intenzivní zpracování půdy snižuje stabilitu kameniva, podporuje povrchovou kůru a zvyšuje erozi půdy ( Baumhardt et al., 2015). Naproti tomu bylo prokázáno, že snížené zpracování půdy, systémy obrábání půdy bez přerušení (NT) a trvalky (PER), jakož i převody z MP na NT nebo PER, zvyšují SOM a zlepšují zdraví půdy s měřitelnými přínosy pro biologické, fyzické, a chemické vlastnosti ( Sharma a kol., 2013 , Nunes a kol., 2018 ).
Aby bylo možné přesně posoudit účinky intenzity zpracování půdy na SOC a biologické ukazatele zdraví půdy, je také důležité si uvědomit, že doplňkové postupy ochrany prováděné jako integrovaný systém mohou zvýšit snížené účinky zpracování půdy na ukazatele zdraví půdy ( Veum et al., 2015 , Nunes et al. , 2018 ). Například začlenění krycích plodin nebo víceletých plodin do systémů pěstování prodlužuje dobu, po kterou jsou živé rostliny a kořeny přítomny v agroekosystému. Tyto postupy také zvyšují dobu pokrytí a ochrany půdy před dopadem dešťové kapky a eroze způsobené větrem nebo odtokem, a tak zvyšují jak kvantitu, tak kvalitu SOM ve srovnání se systémy bez dostatečného půdního pokryvu ( Reicosky a Forcella, 1998).). Zvýšená SOM v diverzifikovaných systémech pěstování také stimuluje aktivitu mikroorganismů a mikroorganismů v půdě díky zvýšené dodávce kořenových exsudátů, živin a kyslíku ( Kumar et al., 2017 ), čímž se zvyšuje biologické zdraví půdy více než jen samotné zpracování půdy ( Nunes) a kol., 2018 ). Vrácení zbytků plodin ve spojení se sníženým zpracováním půdy může také zlepšit zdraví půdy díky zvýšeným vstupům C a N do půdy ( Doran a kol., 1984 , Karlen a kol., 1994 ). Stručně řečeno, na reakci ukazatelů zdravotního stavu půdy na snížené zpracování půdy ovlivňuje mnoho faktorů, jako je trvání studie, hloubka odběru vzorků, interakce s praxí v řízení a typ půdy.
Vzhledem k významu těchto vícenásobných a interaktivních faktorů nebyly účinky snížené intenzity zpracování půdy na zdraví půdy jednotně pozitivní, jak ukazují studie uvádějící nezjistitelné nebo dokonce negativní reakce indikátorů ( Nunes et al., 2017 ). Blanco-Canqui a kol. (2017)hodnotili NT, disk, dláto a MP ošetření a zjistili, že kromě míry infiltrace vody a kumulativní infiltrace, které byly největší pod MP půdami, byly fyzikální charakteristiky půdy mezi ošetřeními podobné. Došli k závěru, že dlouhodobé (35leté) období nezvýšilo akumulaci vody v typických argiudollech nebo aquertických argiudollech. Jiné studie uváděly NT zvýšené zhutnění půdy v jílovitých půdách, přičemž vrstva 7- až 20 cm byla charakterizována vysokou objemovou hustotou, vysokou odolností proti pronikání kořenů, sníženou propustností vzduchu a vody a omezeným růstem kořenů plodin ( Reichert et al., 2009 , Nunes et al., 2015 ), o všech faktorech, o kterých je známo, že ovlivňují biologické zdraví půdy ( Acosta-Martinez et al., 2007 , Veum et al., 2015 ).
Ačkoli existuje rozšířená víra, že snížené zpracování půdy upřednostňuje sekvestraci C, ostatní dospěli k závěru, že to může být artefakt vzorkování. Podle Bakera a kol. (2007) , vzorkování celého půdního profilu obecně nevykazuje žádnou kumulativní výhodu sekvestrace C pro zachování půdy a ve skutečnosti často najde větší zásoby C v konvenčně obdělávaných systémech. Podobně Luo et al. (2010) zjistili, že přechod z MP na NT nezvýšil SOC. Obě studie poukazují na nesrovnalosti a otázku, zda NT skutečně zvyšuje sekvestraci C v zemědělských půdách. Byly provedeny předchozí metaanalýzy pro kvantifikaci účinků intenzity zpracování na SOC, ale většina studií se primárně zaměřila na dvě intenzity zpracování (NT vs.MP) a obecně zkoumali pouze několik přírůstků hloubky půdy ( Luo et al., 2010 ).
Systematické přehledy shrnující možné přínosy a důsledky konvenčních a aspiračních technologií jsou užitečné pro všechny obory, včetně zemědělství, kde mohou být použity konkrétně pro vývoj a vedení provádění postupů, které zlepší bezpečnost potravin a udržitelnost životního prostředí. Tradiční zemědělské metametaanalýzy používají párová srovnání (tj . Pittelkow et al., 2015 ). V poslední době se vyvinuly metaanalytické recenze, které současně vyhodnocují vícenásobné ošetření ( Hutton et al., 2015 ) za použití sofistikovanějších metod označovaných jako síťová metaanalýza (NMA; Gurevitch et al., 2018).). V zemědělství může NMA porovnat několik postupů (tj. Různé účinky intenzity zpracování půdy na zdraví půdy) kombinováním přímých a nepřímých důkazů kvantifikujících účinky léčby ( obr. 1 ; Rücker, 2012 ). Výhody NMA oproti párové metaanalýze zahrnují použití nepřímých důkazů pro odhad relativních efektů nezachytených v kontrolovaných studiích. To zvyšuje statistickou sílu, posiluje srovnání a lépe identifikuje, které ošetření je optimální pro specifické podmínky, které se hodnotí ( Caldwell et al., 2005 , Mills et al., 2013). Ve srovnání s párovými metaanalýzami, NMA pojme více dat, lepší odhad relativních efektů mezi léčbami a zlepšuje vizualizaci rozdílů, i když některá přímá srovnání chybí ( Gurevitch et al., 2018 ).
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (179KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Schéma ilustrující přímý a nepřímý přístup k důkazům ve spojení se síťovou metaanalýzou (NMA). Data, na nichž je založen NMA, zahrnují řadu přímých srovnání poskytujících přímý důkaz o konkrétních párech ošetření [tj. Bez orby (NT) versus pluh z lepenky (MP); a MP versus sekáčový pluh (CP)]. Následně mohou být léčby, které nebyly přímo porovnány (tj . NT versus CP), porovnány nepřímo kontrastními velikostmi účinků zahrnujících společný komparátor (tj . MP), což poskytuje nepřímý důkaz. Hodnota globálního efektu je generována pro každé srovnání (přímé nebo nepřímé). Poté může být vytvořen NMA kombinující přímé i nepřímé důkazy.
Tato studie zkoumá čtyři intenzity zpracování půdy [MP, sekáčový pluh (CP), NT a PER systémy] na SOC a biologických zdravotních ukazatelích půdy v celém kontinentálním USA pomocí metaanalytických přístupů s párovým i NMA napříč čtyřmi hloubkami půdy. Cíle této studie byly 1) vyřešit protichůdné závěry týkající se snížených přínosů pro zpracování půdy zkoumáním široké škály agronomických, environmentálních a experimentálních faktorů v USA a 2) identifikovat místa a typy studií potřebných pro kvantifikaci skutečného zdraví půdy výhody sníženého zpracování půdy.
2 . Metody
2.1 . Vyhledávání literatury a vývoj datových sad
Vyhledávání literatury bylo prováděno za použití Institutu pro vědecké informace Web of Science (Thomas Reuters, New York) a byly zaměřeny studie publikované v letech 1980 až 2018. Klíčová slova ve vyhledávání byla: „zdraví půdy“ nebo „kvalita půdy“ s „systémem oříznutí“ nebo „orbou půdy“ nebo „správou zbytků“ nebo „krycí plodinou“ nebo „střídáním plodin“ nebo „úrodností půdy“ nebo „hnojivem“ . Kromě toho byly odkazy citované v článcích primárního vyhledávání prohledávány ručně. Vývoj datového souboru byl součástí metaanalýzy „ Rámce pro posuzování půdního managementu pro interpretaci indikátorů a vývoj nástrojů pro použití plánovači ochrany NRCS“.projekt vedený ve spolupráci mezi službou USDA-Natural Conservation Service (NRCS) a USDA-Agricultural Research Service (ARS). Soubor údajů byl sestaven za účelem posouzení reakce ukazatelů zdraví půdy na postupy zemědělské správy a tato studie podává zprávy o výsledcích analýzy biologických ukazatelů zdraví půdy.
2.2 . Kritéria pro zařazení a vyloučení
Pro zahrnutí do souboru údajů musely publikace splňovat následující kritéria: 1) prezentovat ukazatele zdravotního stavu půdy z trvalých ekosystémů nebo studií porovnávajících více ošetření, jako je intenzita zpracování půdy nebo diverzifikace plodin; 2) být kontrolovanými (tj. Replikovanými) studiemi; 3) být psán v angličtině; a 4) provádět v USA Vyloučili jsme: 1) duplikáty; 2) nepublikovaná studia; 3) nerecenzované recenzované příspěvky; 4) studie prezentující výsledky pouze v grafech, nikoli v tabulkách; a 5) studie, které uváděly výsledky jako plošné zásoby bez souvisejících hodnot objemové hustoty půdy. Nebyly například zahrnuty studie, které uváděly základní zásoby (tj. SOC v Mg / ha) bez odpovídajících údajů o objemové hustotě, která se převede na gravimetrické hodnoty.
2.3 . Ošetření a ukazatele hodnocené pro tuto studii
Celkem 456 článků pokrývá většinu USA ( obr. 2) byly identifikovány na základě výše uvedených kritérií. V této analýze pouze studie kvantifikující účinky MP = kartonový pluh (nejintenzivnější zpracování půdy); CP = dlátový pluh (střední intenzita zpracování půdy); NT = ne-do (minimální narušení půdy); a PER = vytrvalé systémy (nulové narušení půdy) na půdních biologických indikátorech byly vybrány (302 studií). Obecně platí, že střední intenzita zpracování půdy zahrnuje několik typů postupů zpracování půdy (tj. CP, diskové brány, stripování, atd.). Tyto postupy se mohou lišit zejména co se týče zbytků plodin ponechaných na povrchu půdy a hloubky narušení půdy, což může mít vliv na zdraví půdy. V této studii jsme tedy uvažovali pouze o CP, abychom udrželi jednotnou léčbu intenzity zpracování půdy.
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (409KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Umístění lokalit, kde byly kompilovány ukazatele zdraví půdy pro různé systémy zemědělské produkce a porovnány pro metaanalýzy v USA Adapted and Citated from Nunes et al., 2020 .
Půdní biologické ukazatele zahrnuté v této studii byly: SOC (včetně celkového organického C a celkového C, kde se ukázalo, že půdy neobsahují uhličitany), MBC a MBN (stanoveno pomocí inkubačních metod fumigace chloroformem založených na Vance et al., 1987 ) , Resp (stanoveno pomocí inkubačních metod založených na Andersonovi a Domschovi, 1978 ), AC (stanoveno jako permanganát oxidovatelný C, založený na Weil et al., 2003 ), BG (stanoveno pomocí metod založených na Eivazi a Tabatabai, 1988 ) a Prot (stanoveno jako autoklávovaný citrátový extrahovatelný protein za použití metody založené na Wright a Upadhyaya, 1996 ). Tyto vlastnosti půdy jsme vybrali, protože jsou přímo spojeny s důležitými funkcemi půdy.
K třídění a seskupování údajů byly použity faktory, o nichž je známo, že zmírňují efekty intenzity zpracování půdy. Tyto faktory zahrnovaly: [1] přítomnost krycí plodiny (ano nebo ne); [2] odstranění zbytků plodiny [žádné (0% odstraněno), střední (30 až 70% odstraněno) nebo vysoké (> 70% odstraněno)]; [3] pořadí půdy; [4] struktura půdy (i = písčitá, hlinitá písčitá a písčitá hlína s <8% hlíny; ii = písčitá hlína s> 8% hlíny, písčitá hlína a hlína; iii = bahno a bahno, iv = písčitá hlína; , hlinitá hlinka, hlinitá hlinka, hlinitá hlinka a hlinka s <60% hlinky a v = hlinka s> 60% hlinky, jak je definováno v Quisenberry et al. (1993) ; [5] délka studia (0 až 2, 3 až 5, 6 až 10 a> 10 let) a [6] hloubka vzorkování (horní ≤ 15 cm; druhá> 15 až <25 cm; třetí> 25 až ≤ 40 cm a čtvrtá ≥ 40– Těchto pět tříd textury půdy je založeno na práciQuisenberry a kol. (1993) a jedná se o stejné třídy používané v rámci SMAF. Navíc, další úrovně (pět namísto tří) poskytují více informací a lépe zohledňují důležitou roli textury půdy.
2.4 . Statistické analýzy
K určení velikosti účinku byl použit poměr odpovědi (RR) a míra variability byla směrodatná odchylka (SD). V metaanalýzách je velikost účinku běžně používaným nástrojem pro standardizaci výsledků studie a poskytuje shrnutí velikosti a směru účinku léčby ( Gurevitch et al., 2018)). V této analýze byl vypočítán RR pro každou intenzitu zpracování půdy (např. CP, NT, PER) a indikátor zdraví půdy vzhledem k MP. Hlavním problémem pro metaanalýzu kontinuálních výstupů je to, že zkušební publikace konzistentně nevykazují SD pro změnu výsledků od výchozí hodnoty. Pouze 38% studií zahrnutých do databáze uvedlo SD nebo parametry potřebné pro její výpočet. Pokud nejsou SD nebo parametry potřebné k jejich výpočtu uvedeny, existuje několik metod, jak zvládnout chybějící rozptyl pro metaanalýzy, jako je algebraická manipulace s údaji z jiných studií, imputace nebo vyloučení ze studie ( Wiebe et al., 2006 , Weir a kol., 2018). Ačkoli vyloučení je obhájitelný přístup, snížení počtu zahrnutých studií může snížit sílu analýzy a potenciálně vést ke zkresleným odhadům. Proto byly chybějící informace o SD přičteny pro každou studii jako 1/10 průměru, jak navrhuje Luo et al. (2006) a používány ostatními (např. Meurer et al., 2018 ). Furukawa a kol. (2006) prokázali užitečnost imputace k získání chybějících informací a zvýšení přesnosti celkového účinku. Kromě toho, Thiessen et al. (2007) zjistili, že metody imputace rozptylu neměly na závěry podstatný vliv a Meurer et al. (2018) found that replacing missing variance data with either the maximum value or 1/10 of the average variance value was a robust method that did not impact the final inference or conclusions regarding the effect of tillage practices on SOC stocks.
Meta-analytické výpočty byly provedeny pomocí statistického softwaru R ( R Core Team, 2018 ). Pro každý výsledek byl použit častý NMA ( Rücker and Schwarzer, 2014 ) s použitím balíčku R „netmeta“ ( Schwarzer et al., 2015 ) a pro každou hloubku půdy byl proveden samostatný NMA. Frekvenční NMA analýzy vypočítávají pravděpodobnost, že pozorovaná data by se vyskytla při jejich distribuci vzorkování pro předpokládané hodnoty parametrů; a výsledky analýzy jsou uvedeny jako bodový odhad (měřený efekt - RR) s intervalem spolehlivosti 95% ( Greco et al., 2015). Každá snížená třída intenzity zpracování půdy (CP, NT a PER) byla porovnána s MP, referenční podmínkou (nejintenzivnější zpracování půdy). Kvůli heterogenitě mezi studiemi byl pro výpočet sdruženého relativního účinku každé intenzity zpracování půdy použit model náhodných efektů. Pro testování heterogenity sítě byly vypočteny Cochranovy Q a Higginsovy I 2 . Cochranovo Q se počítá jako vážený součet čtvercových rozdílů mezi účinky jedné studie a sdruženým účinkem napříč studiemi. Higginsův I 2 hodnotí variabilitu kvůli heterogenitě studie spíše než náhodě, kde I 2 <50% je považováno za nízkou heterogenitu, 50 až 75% je považováno za mírnou heterogenitu a> 75% je považováno za vysokou heterogenitu ( Salanti et al., 2014). Pořadí zpracování půdy bylo stanoveno pomocí P-skóre. Jak popsali Rücker a Schwarzer (2015) , P-skóre jsou založena na bodových odhadech a standardních chybách častých odhadů NMA za předpokladu normality a lze je snadno vypočítat jako průměr jednostranných p-hodnot. Jinými slovy, skóre P odráží průměrný rozsah jistoty, že léčba je lepší než konkurenční léčba. Geometrie sítě byla vyhodnocena pomocí funkce netgraph balíčku „netmeta“. To umožňuje vizualizaci srovnání léčby v NMA. Nekonzistence mezi ošetřeními byla hodnocena pomocí grafu čistého tepla, grafického nástroje, který představuje změny v heterogenitě v důsledku uvolnění předpokladu konzistence pro jednotlivé návrhy ve vizualizaci matice.
Párová metaanalýza byla prováděna samostatně pro následující páry: CP vs MP, NT vs MP a PER vs MP, pomocí balíčku R „metafor“ ( Viechtbauer, 2010 ). Nejprve byla rma funkce balíčku „metafor“ použita k vykreslení metaanalýz bez moderátorů (model s náhodným efektem) a k testování heterogenity. Když existovala významná heterogenita (p <0,05), byl před opětovným testováním na zbytkovou heterogenitu přidán seznam moderátorů. Aby se modely přizpůsobily moderátorům, byla pomocí funkce rma.mv z balíčku „metafor“ umožněna deklarace moderátorů. Všechny modely používaly maximální pravděpodobnost (ML), jak navrhuje Zuur et al. (2009), který se ukázal jako vhodný pro srovnání mezi podobnými modely (na rozdíl od omezené maximální pravděpodobnosti) pro odhad náhodných účinků. Ve všech případech, kdy to naše data dovolila, jsme použili následující model:kde RR SH je velikost účinku (poměr odezvy) pro každý biologický ukazatel zdraví půdy; Krycí plodina je přítomnost nebo nepřítomnost krycí plodiny; Zbytky jsou jednou ze tří úrovní řízení reziduí; Textura je jednou z pěti tříd textury půdy; Pořadí půd je klasifikace pořadí půd, Latitude je zeměpisná šířka experimentálního umístění; Doba trvání je jednou ze čtyř kategorií délky studia; Pro všechny modely byl pro každou nezávislou studii vytvořen jedinečný kód, který byl prohlášen za náhodný faktor. U každého moderátora jsme zvážili alespoň 10 pozorování. Pokud tedy počet pozorování nebyl dostatečný pro zahrnutí všech moderátorů, na základě literatury jsme zahrnuli nejdůležitější moderátory pro tento specifický biologický indikátor.
Heterogenita byla znovu testována s moderátory výpočtem I 2 a provedením Cochranových Q testů. Pro zkoumání přítomnosti publikačního zkreslení v datech jsme použili nálevkové grafy velikosti efektů (RR) proti inverzi standardní chyby a byly vyšetřeny na asymetrii. Protože takové grafy ukazují, jak souvisí velikost účinku a přesnost studie, očekává se při rozptylu jednotlivých pozorování symetrický tvar trychtýře, přičemž pro méně přesné studie se zvyšuje rozptyl ( Anzures-Cabrera a Higgins, 2010). Tam, kde byly kategorizační moderátoři významné (p <0,05), byl vytvořen lesní pozemek pro tyto analýzy podskupin pomocí koeficientů z plně moderovaných modelů. Tam, kde byla významná zeměpisná šířka (kontinuální moderátor), byly rozptyly této metagrese vytvořeny pomocí koeficientů z plně moderovaných modelů.
3 . Výsledek
3.1 . Organické půdy C
NMA ukázal, že účinky intenzity zpracování půdy na SOC byly nejvýznamnější v ornici, kde půda udržovaná v systémech CP, NT a PER měla 1,18, 1,45 a 2,67krát více SOC než půdy obhospodařované podle MP ( obr. 3 ). Pod vrstvou horní vrstvy se NT a CP ve srovnání s MP významně nelišily. Ve stejných hloubkách podpovrchové půdy měl systém PER 1,72, 1,71 a 1,52krát více obsahu SOC než MP ( obr. 3 ). P-skóre potvrdilo, že systém PER (P-skóre = 1) byl nejvyšší pro SOC, nezávisle na hloubce půdy ( tabulka 1)). V ornici byly druhé, třetí a čtvrté pořadí intenzity zpracování půdy pro SOC NT a CP, následované MP. Ve druhé, třetí a čtvrté hloubce systém PER vykázal P-skóre alespoň dvakrát větší než ostatní intenzity zpracování půdy ( tabulka 1 ).
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (215 kB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Souhrnný poměr odezvy intenzity zpracování půdy [dlátový pluh (CP), no-till (NT) a víceletý systém (PER)] vzhledem k pluhu z lepenky a 95% intervaly spolehlivosti (vodorovné sloupce) určené síťovou metaanalýzou pro půdní organické látky C (SOC), mikrobiální biomasa C (MBC) a mikrobiální biomasa N (MBN) ve čtyřech hloubkách půdy (horní ≤ 15 cm; druhá> 15 až ≤ 25 cm; třetí> 25 až ≤ 40 cm a čtvrtá) ≥ 40 cm).
Tabulka 1 . Pořadí ošetření podle skóre P pro každou hloubku půdy pro specifické ukazatele zdraví půdy: půdní organická C (SOC), mikrobiální biomasa C (MBC), mikrobiální biomasa N (MBN), dýchání půdy (Resp), půdní protein (Prot), aktivní C (AC) a beta-glukosidáza (BG). K ošetření patří trvalka (PER), bezobslužný (NT), dlátový pluh (CP) a pluh na lepenku (MP).
| Hloubka | Léčba | Ukazatele stavu půdy | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SOC | MBC | MBN | Resp | Prot | AC | BG | ||
| Horní | PRO | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.92 | 0.86 | 0.97 | 1.00 |
| NAPŘ | 0.67 | 0.65 | 0.61 | 0.74 | 0.64 | 0.49 | 0.50 | |
| CP | 0.33 | 0.33 | 0.35 | 0.33 | – | 0.54 | – | |
| MP | 0.00 | 0.02 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
| Druhý | PRO | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.86 | 0.14 | 0.99 | 0.34 |
| NAPŘ | 0.44 | 0.53 | 0.50 | 0.81 | 0.64 | 0.32 | 1.00 | |
| CP | 0.19 | 0.43 | – | 0.20 | – | 0.02 | – | |
| MP | 0.37 | 0.04 | 0.00 | 0.13 | 0.72 | 0.66 | 0.16 | |
| Třetí | PRO | 1.00 | 1.00 | 1.00 | ||||
| NAPŘ | 0.20 | 0.48 | 0.31 | |||||
| CP | 0.24 | 0.42 | – | |||||
| MP | 0.57 | 0.10 | 0.19 | |||||
| Čtvrtý | PRO | 1.00 | ||||||
| NAPŘ | 0.03 | |||||||
| CP | 0.53 | |||||||
| MP | 0.45 | |||||||
P skóre popisuje průměrnou úroveň jistoty, že individuální léčebná proměnná je větší než jiná léčba. P skóre léčby, které se může pohybovat v rozmezí od 0 do 1, lze interpretovat jako střední jistotu jejího hodnocení ve srovnání s jinými léčbami.
Párová metametaanalýza obecně potvrdila výsledky NMA, což ukazuje, že CP měl vyšší SOC vzhledem k MP (RR = 1,26) v horní půdě ( tabulka 2 ). Avšak pod 15 cm nebyly zjištěny žádné zjistitelné rozdíly mezi CP a MP, pokud jde o poměr odpovědi SOC. Ve srovnání s MP mělo NT výrazně vyšší SOC v ornici (RR = 1,38), ale rozdíl mezi NT a MP nebyl ve druhé hloubce významný ( tabulka 2 ). Hodnoty Q v tabulce 2naznačují významnou heterogenitu v modelu jak pro ornici, tak pro druhou hloubku půdy. Při zkoumání faktorů, které zmírňovaly odpověď SOC na NT ve srovnání s MP, jsme zjistili významný účinek délky studie, pořadí půdy a zeměpisné šířky ve vrstvě vrchní půdy (supp. 3). Pro zvýšení SOC ve srovnání s MP jsou nutné více než dva roky NT managementu ( obr. 4 a). Odezva SOC ornice na NT ve srovnání s MP byla významná pouze u Alfisolů, Inceptisolů, Mollisolů a Ultisolů ( obr. 4b). Negativní vztah mezi zeměpisnou šířkou a poměrem odpovědi na SOC v NT byl ve srovnání s MP v horní půdě ( obr. 4)C). Nicméně, SOC byl větší pod NT než MP, nezávislý na zeměpisné šířce (v rozsahu od 27 do 49 stupňů N). Kromě toho byly ve druhé hloubce významné faktory řízení zbytků a krycí plodina (supp. 3). Přijetí NT v kombinaci s diverzifikací systému plodin (tj. Krycí plodiny) a retencí zbytků zvýšilo obsah SOC ve druhé hloubce půdy ve srovnání s MP ( obr. 5 ).
Tabulka 2 . Počet párových srovnání (k), p-hodnoty pro heterogenitu (Q pv) s ohledem na model s náhodným efektem bez moderátorů, střední poměr odezvy (RR) a 95% intervaly spolehlivosti - dolní sloupec (LCL) a horní sloupec (UCL) - pro párovou metaanalýzu prováděnou pro každý ukazatel zdraví půdy (SHI): půdní organický C (SOC), mikrobiální biomasa C (MBC), mikrobiální biomasa N (MBN), dýchání půdy (Resp), půdní protein (Prot), aktivní C (AC) a beta-glukosidáza (BG) pro každou hloubku půdy (horní ≤ 15 cm; druhá> 15 až <25 cm; třetí> 25 až <40 cm; a čtvrtá> 40 cm). K ošetření patří trvalka (PER), bezobslužný (NT), dlátový pluh (CP) a pluh na lepenku (MP).
| Hloubka | SHI | Srovnání párů | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NT vs MP | CP vs MP | PER vs MP | ||||||||||||||
| k | Q pv | RR | LCL | UCL | k | Q pv | RR | LCL | UCL | k | Q pv | RR | LCL | UCL | ||
| Horní | SOC | 316 | 0.001 | 1.38 | 1.32 | 1.43 | 69 | 0.997 | 1.14 | 1.06 | 1.23 | 89 | 0.001 | 1.95 | 1.75 | 2.14 |
| MBC | 54 | 0.024 | 1.34 | 1.23 | 1.46 | 17 | 0.956 | 1.34 | 1.16 | 1.53 | 42 | 0.001 | 2.31 | 1.91 | 2.71 | |
| MBN | 28 | 0.001 | 1.21 | 1.01 | 1.41 | 6 | 0.934 | 1.37 | 0.95 | 1.80 | 16 | 0.059 | 3.06 | 2.34 | 3.78 | |
| Resp | 26 | 0.002 | 1.49 | 1.29 | 1.68 | 7 | 0.298 | 1.08 | 0.80 | 1.35 | 6 | 0.722 | 1.92 | 1.63 | 2.22 | |
| Prot | 7 | 0.870 | 1.49 | 1.22 | 1.76 | – | – | – | – | – | 2 | 0.620 | 3.25 | 2.75 | 3.76 | |
| AC | 25 | 0.897 | 1.37 | 1.22 | 1.51 | – | – | – | – | – | 8 | 0.012 | 1.61 | 1.11 | 2.11 | |
| BG | 17 | 0.068 | 1.55 | 1.17 | 1.93 | – | – | – | – | – | 13 | 0.069 | 2.22 | 1.43 | 3.01 | |
| Kap | SOC | 178 | 0.040 | 1.04 | 0.99 | 1.09 | 31 | 1.000 | 1.04 | 0.91 | 1.17 | 37 | 0.007 | 1.40 | 1.23 | 1.56 |
| MBC | 24 | 0.771 | 1.05 | 0.90 | 1.20 | 5 | 0.975 | 1.08 | 0.76 | 1.40 | 16 | 0.002 | 1.48 | 1.20 | 1.76 | |
| MBN | 10 | 0.051 | 1.37 | 0.91 | 1.83 | – | – | – | – | – | 6 | 0.061 | 1.48 | 0.70 | 2.26 | |
| Resp | 7 | 0.997 | 1.03 | 0.77 | 1.28 | – | – | – | – | – | 2 | 0.530 | 1.69 | 1.83 | 2.19 | |
| Prot | 2 | 0.740 | 1.45 | 0.94 | 1.95 | – | – | – | – | – | 2 | 0.680 | 1.82 | 1.31 | 2.32 | |
| AC | 9 | 0.787 | 1.07 | 0.83 | 1.31 | – | – | – | – | – | 3 | 0.130 | 1.41 | 0.83 | 2.00 | |
| BG | 2 | 0.056 | 0.47 | −0.48 | 1.42 | – | – | – | – | – | 3 | 0.240 | 1.09 | 0.67 | 1.51 | |
| Třetí | SOC | 108 | 1.00 | 0.98 | 0.92 | 1.05 | 16 | 0.991 | 1.07 | 0.89 | 1.25 | 20 | 0.001 | 1.68 | 1.36 | 1.99 |
| MBC | 11 | 0.891 | 1.08 | 0.87 | 1.30 | 3 | 0.920 | 1.00 | 0.59 | 1.42 | 7 | 0.083 | 1.58 | 1.14 | 2.01 | |
| MBN | 3 | 0.330 | 1.14 | 0.71 | 1.57 | – | – | – | – | – | 2 | 1.000 | 0.82 | 1.10 | 2.54 | |
| Resp | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Prot | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| AC | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| BG | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Čtvrtý | SOC | 67 | 0.901 | 0.97 | 0.89 | 1.05 | 9 | 0.860 | 0.97 | 0.72 | 1.22 | 12 | 0.052 | 1.85 | 1.51 | 2.18 |
| MBC | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| MBN | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Resp | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Prot | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| AC | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| BG | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (512KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Poměr odezvy (RR) pro půdní organický C (SOC) pod no-till (NT) vzhledem k pluhu na lepenku (MP) ve vrstvě ornice (kde RR = SOC pod NT / SOC pod MP) a související 95% intervaly spolehlivosti ( vodorovné čáry) pro: a) čtyři úrovně experimentálního trvání; b) sedm řádů půdy; a c) meta-regresi SOC RR proti šířky pro NT vs . MP (velikost bodu představuje vážení studie v analýze - inverzní rozptyl; červená tečkovaná čára představuje RR rovnou 1).
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (221KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Poměr odezvy (RR) pro půdní organický C (SOC) pod no-till (NT) vzhledem k pluhu z lepenky (MP) ve druhé hloubce půdy (kde RR = SOC pod NT / SOC pod MP) a související 95% intervaly spolehlivosti (vodorovné čáry) pro: a) dvě úrovně krycí plodiny; a b) tři úrovně odstranění zbytků (vysoké odstranění, střední odstranění a žádné odstranění).
Vytrvalé systémy vykazovaly vyšší SOC ve srovnání s MP, nezávisle na hloubce půdy ( tabulka 2 ). V modelu byla pozorována významná heterogenita bez moderátorů pro vrchní půdu a druhou a třetí hloubku půdy. Zkoumáním faktorů, které zmírňovaly odpověď SOC na PER ve vztahu k MP, byl zjištěn významný účinek zeměpisné šířky v ornici a druhé hloubce a významný účinek pořadí půdy v ornici (supp. 3). Obr. 6a zobrazuje významný vztah mezi zeměpisnou šířkou a SOC odezvovým poměrem v PER vzhledem k MP v horní půdě, což ukazuje, že pozitivní účinek PER se snižuje se zvyšováním zeměpisné šířky. Odezva SOC ornice na PER ve srovnání s MP byla významná pouze u Alfisolů, Inceptisolů, Mollisolů a Ultisolů ( obr. 6).b). Heterogenita se snížila po zahrnutí významných moderátorů do modelu. Zbytková heterogenita (s ohledem na moderátory) však byla významná pro vrchní půdu a druhou hloubku, což naznačuje, že na reakci SOC na PER mohou mít vliv i další faktory.
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (329KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Meta-regrese půdního organického C (SOC) odezvového poměru (RR) v víceletém (PER) a plovoucím pluhu (MP systémy (kde RR = SOC v PER / SOC v MP) proti zeměpisné šířce v horní vrstvě vrstvy (a; velikost bodu představuje) vážení studie v analýze - inverzní rozptyl; červená tečkovaná čára představuje RR rovnou 1) a podle pořadí půdy ve vrstvě vrchní půdy (b).
3.2 . Ukazatele MBC a MBN
Celkově NMA ukázala, že systémy CP, NT a PER měly 1,19, 1,66 a 2,84krát větší MBC než půda obhospodařovaná pod MP v horní půdě ( obr. 3 ). Ve druhé hloubce půdy nebyl rozdíl mezi CP a MP významný a systémy NT a PER měly 1,40 a 2,53krát větší MBC ve srovnání s MP. Ve třetí hloubce se MBC pod CP a NT významně nelišil od MP, ale byl 4,81krát větší za PER než pod MP. Hodnocení P-skóre potvrdilo nejvyšší výkonnost systému PER pro MBC, následované NT, CP a MP (skóre blízko 0), nezávisle na hloubce půdy ( tabulka 1 ). Systémy NT a PER měly 1,48 a 4,67krát větší MBN než půdy pod MP ( obr. 3)), zatímco rozdíl mezi CP a MP nebyl významný. Ve druhé hloubce měly systémy NT a PER 1,51 a 2,97krát větší MBN ve srovnání s MP. Ve třetí hloubce se MBN v NT nelišil od MBN pozorované pod MP, zatímco systém PER měl 2,85krát větší MBN ve srovnání s MP. Hodnocení P-skóre potvrdilo, že systém PER byl systém MBN s nejvyšším hodnocením, následovaný NT, CP a MP ( tabulka 1 ).
Párová metaanalýza potvrdila, že CP mělo vyšší MBC (RR = 1,34) vzhledem k MP v horní půdě ( tabulka 2 ). Nebyly však zjištěny žádné rozdíly mezi CP a MP pro MBN, nezávislé na hloubce půdy, nebo pro MBC v druhé a třetí hloubce ( tabulka 2 ). NT vykazoval vyšší MBC (RR = 1,34) a MBN (RR = 1,21) ve srovnání s MP v horní půdě, ale rozdíl mezi NT a MP nebyl významný ve druhé nebo třetí hloubce ani pro jeden indikátor ( tabulka 2 ). Významná heterogenita byla pozorována v metaanalýze v horní půdě pro MBC i MBN ( tabulka 2)). Zkoumání faktorů, které zmírňovaly MBC odpověď na NT ve srovnání s MP, zjistilo významný účinek zeměpisné šířky (Supp. 3). Byl pozorován významný pozitivní vztah mezi zeměpisnou šířkou a MBC odezvou v NT vzhledem k MP v horní vrstvě vrstvy (supp. 6). Kvůli nižšímu počtu pozorování (n = 28) nebyli potenciální moderátoři odpovědi MBN na NT ve vztahu k MP prozkoumány.
Vytrvalé systémy měly větší MBC nezávisle na hloubce půdy a větší MBN ve vrstvě vrchní půdy ( tabulka 2 ). Významná heterogenita byla pozorována v metaanalýze pro MBC v horní vrstvě vrstvy a druhé hloubce ( tabulka 2 ). Zkoumání faktorů, které zmírňovaly MBC odezvu na PER ve vztahu k MP ve vrstvě ornice, zjistilo významný účinek textury půdy (supp. 3). Pozitivní účinek systému PER na MBC byl pozorován pro třídu textury (bahno a bahno) (supp. 8).
3.3 . Dýchání, aktivní aktivita C, beta-glukosidáza a proteinová odpověď
NMA navrhl, že vzhledem k MP, Resp byl vyšší pod CP (RR = 2,36) v horní půdě, vyšší pod NT (RR = 1,42) ve druhé hloubce a vyšší pod systémy PER (RR = 3,30 a 1,48) v ornice a druhá hloubka ( obr. 7 ). Aktivní C byl také vyšší v NT (RR = 1,21) a PER (RR = 1,36) v horní půdě vzhledem k MP. Aktivita beta-glukosidázy byla vyšší pod PER v horní půdě (RR = 2,11) a pod NT v horní půdě a ve druhé hloubce (RR = 1,81, respektive 1,52). Protein byl významně větší v NT (R = 1,51) pouze v ornici ( obr. 7)). Výsledky P-skóre ukázaly, že v ornici byly nejvyšší a nejnižší pořadí intenzity zpracování půdy pro zlepšení těchto půdních biologických ukazatelů systémy PER a MP, v tomto pořadí, s NT na druhém místě ( tabulka 1 ). Systém PER byl také hodnocen jako nejvyšší pro druhou půdní vrstvu, pokud jde o půdu Resp a AC, zatímco NT byl nejvyšší pro BG.
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (227KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Souhrnné odezvy intenzity zpracování půdy [sekáčový pluh (CP), no-till (NT) a víceletý systém (PER)] vzhledem k systému pluhu na lepenkové desce a 95% intervaly spolehlivosti (vodorovné sloupce) určené síťovou metaanalýzou pro dýchání půdy (Resp), aktivní C (AC), beta-glukosidáza (BG) a protein (Prot) v rámci dvou vrstev půdy (≤15 cm) a druhé hloubky (> 15 až ≤ 25 cm).
Párová metaanalýza ukázala, že Resp v půdě v CP ve srovnání s MP se významně nelišil v ornici ( tabulka 2 ). Pro zbývající ukazatele a hloubky půdy neexistovaly dostatečné údaje k porovnání CP s MP. Pro NT vs . MP v horní půdě měl NT ve srovnání s MP vyšší Resp (RR = 1,49), AC (RR = 1,37), BG (RR = 1,55) a Prot (RR = 1,49). Ve druhé hloubce půdy nebyly zjištěny žádné významné rozdíly v RR pro NT ve srovnání s MP. Heterogenita byla významná pouze pro Resp ve vrstvě vrchní půdy ( tabulka 2 ); však nemohlo být provedeno zkoumání faktorů zmírňujících účinek NT vzhledem k MP vzhledem k malému počtu pozorování (n = 26).
3.4 . Publikační zkreslení
Publikační zkreslení nebylo detekováno pomocí trychtýřových grafů RR proti měření variability studie (tj. Inverze standardní chyby). Jednotlivé RR byly symetricky rozloženy kolem střední velikosti efektu. Tyto výsledky jsou v souladu s dalšími metaanalýzami, které hodnotily vliv intenzity zpracování půdy na ukazatele zdraví půdy (např. Haddaway et al., 2017 ).
4 . Diskuse
Identifikace a kvantifikace přínosů a nepříznivých dopadů zemědělských postupů na půdní zdroje je zásadní pro vypracování pokynů a provádění postupů, které zlepší zdraví půdy, zvýší bezpečnost potravin a zajistí udržitelnost životního prostředí. Tato metaanalýza shrnuje vědecké důkazy týkající se účinků snížených postupů zpracování půdy na biologické ukazatele půdní zdraví v USA ve srovnání s MP. Intenzivní zpracování půdy zcela převrací prvních 20 cm půdy, pohřbívá zbytky plodin a často zhoršuje zdraví půdy tím, že negativně ovlivňuje půdní mikrobiální společenství několika způsoby. Například hyphal sítě populací saprofytických hub jsou poškozeny zlomením a aktivity mikrobiálních enzymů jsou sníženy v důsledku ztráty substrátu a snížené povrchové plochy pro stabilizaci enzymů. V porovnání,USDA-NRCS, 2016 ). Naše výsledky však ukazují, že snížení intenzity zpracování půdy z MP na CP mělo minimální dopad na většinu biologických ukazatelů zdraví půdy ( obr. 3 , obr. 7 ; tabulka 2 ).
Přechod z MP na NT pozitivně ovlivnil SOC ornice, biologickou aktivitu a labilní C a N frakce SOM ( obr. 7 ; tabulka 2 ). Pozitivní účinky NT na vrchní půdu na ukazatele zdraví půdy jsou často hlášeny a byly spojeny se sníženým narušením půdy a vyšší retencí zbytků plodin na povrchu půdy ve srovnání s MP ( Veum et al., 2014 , Veum et al., 2015 , Nunes a kol., 2018 ). Snížením narušení půdy a zvýšením retence zbytků plodin na povrchu půdy NT snižuje erozi půdy a zvyšuje obsah SOM v ornici ( Doran et al., 1984). Kromě toho může dlouhodobá NT také zlepšit kvalitu SOM zvýšením obsahu AC a Prot v SOM ( obr. 7 ; tabulka 2 ). Aktivní C je SOC nekomplexovaný s minerály, který rychle reaguje na změny v zemědělských postupech a je snadno dostupný jako zdroj potravy pro půdní mikrobiální život ( Weil et al., 2003 ). Zlepšení AC ze snížené intenzity zpracování půdy zase pozitivně ovlivňuje biologickou aktivitu půdy, zvýšení Resp, MBC, MBN a BG v půdě vzhledem k MP ( obr. 3 , obr. 7 ; tabulka 2 ). NT současně zlepšuje strukturu půdy v ornici, což také pozitivně ovlivňuje biologické vlastnosti půdy ( Kumar et al., 2017). Celkově přístup NT podporuje rozmanitost půdních mikroorganismů nejen poskytováním potravy půdním organismům, ale také stabilizací jejich stanoviště.
Účinek přeměny z MP na NT na biologické indikátory se snížil pod vrstvu ornice, i když NT stále vykazoval zvýšenou mikrobiologickou aktivitu půdy v druhé hloubce půdy. Pod 25 cm nebyly pozorovány žádné účinky na žádný z biologických ukazatelů zdraví půdy. Předchozí studie naznačují, že vliv NT na mikrobiologii má tendenci být omezen na povrchové vrstvy kvůli stratifikaci půdy, ke které dochází při snížené intenzitě zpracování půdy ( Alvear et al., 2005 , Green et al., 2007 , Acosta-Martinez et al. ., 2007 , Veum a kol., 2015 ). Snížený dopad intenzity zpracování půdy na biologické ukazatele v hlubších hloubkách půdy lze také připsat nižší dostupnosti substrátu C pro mikroorganismy (Obr. 8 ) a méně pohostinné fyzikální a chemické podmínky v půdě ( Acosta-Martinez et al., 2007 , Pereira et al., 2013 ). Celkově v této studii nebyl účinek zpracování půdy na SOC a AC detekovatelný pod 15 cm ( obr. 3 , obr. 7 ; tabulka 2 ). V mnoha studiích (např. Veum a kol., 2015 , Jagadamma a kol., 2019 , Nunes a kol., 2019) byl hlášen nedostatek významných účinků NT na SOC a AC ve vztahu k intenzivnímu zpracování půdy pod vrstvou ornice .). Autoři navrhli, že namísto sekvestrace více C v půdě mohou NT praktiky jednoduše změnit distribuci SOC v půdním profilu. Konkrétně nedostatek inverzní orby v NT vede často k vyššímu obsahu SOC v povrchových vrstvách, zatímco MP zahrnuje podobný nebo vyšší obsah SOC v hlubších vrstvách obdělávaných půd ( Angers and Eriksen-Hamel, 2008 , Luo et al., 2010 ). Baker a kol. (2007)tvrdili, že větší nárůst SOC v NT, který je často uváděn, je ovlivněn mělkými hloubkami vzorkování půdy, které nezohledňují distribuci SOC v půdním profilu. Kromě toho NT praktikovaný bez integrovaného použití jiných postupů zvyšování půdy, jako je diverzifikace systému plodin nebo krycích plodin, má sklon vést k zhutňování půdy ve vrstvě přibližně 7 až 20 cm hluboké, což může zabránit pronikání kořenů ( Reichert et al., 2009 , Nunes a kol., 2015 ) a dále zvyšují akumulaci SOC v blízkosti povrchu ( Govaerts et al., 2009 ). Celkově, jak se obsah SOC v půdě snižuje, související měření mikrobiální aktivity také vykazují pokles ( obr. 8 ).
- Stáhnout: Stáhnout obrázek ve vysokém rozlišení (340KB)
- Stáhnout: Stáhnout obrázek v plné velikosti
Obr . Pearsonovy korelační koeficienty, přidružené p-hodnoty a intervaly spolehlivosti pro poměry odezvy indikátoru zdraví půdy (RR) s ohledem na údaje ze všech hloubek (všechny) a data pouze z horní vrstvy půdy (horní). SOC, půdní organický C; MBC, mikrobiální biomasa C; MBN, mikrobiální biomasa N; Resp, dýchání půdy; Act-C, půda aktivní C; Aktivita BG, beta-glukosidázy; Prot, půdní protein.
Pozitivní účinky NT na biologické ukazatele zdraví půdy ve vztahu k MP jsou zmírněny několika faktory životního prostředí a řízení, včetně času v NT, typu půdy, zeměpisné šířky a použití doplňkových konzervačních postupů, jako jsou krycí plodiny a návrat zbytků plodin. Obecně byla odpověď SOC na NT ve srovnání s MP pozitivní a významná v půdě po pouhých 3 letech řízení NT ( obr. 4).A). Tyto výsledky ukazují, že pozitivní dopad snižování intenzity zpracování půdy na SOC může nastat relativně rychle, po dobu několika let, nikoli po desetiletí, a ukazuje, že hlavní účinek má na mladé skupiny SOC, jako je AC. Na druhé straně to naznačuje, že nashromážděný SOC může být náchylný k rychlému vyčerpání, když je NT vysazen. Kromě toho zlepšení v SOC pomocí NTS bylo větší u měkkýšů, inceptisolů, Alfisolů a ultisolů a v nižších zeměpisných šířkách ( obr. 4).). Lokální účinek půdy a zeměpisné šířky na odpověď SOC může být spojen s počátečním obsahem SOC před přijetím NT as maximální rychlostí vstupu C vzhledem k klimatickým a půdním omezením. Půdy ve vyšších zeměpisných šířkách mohou mít vyšší počáteční obsah SOC v důsledku nižších teplot, které snižují mineralizaci SOM, nebo mohou vykazovat nižší vstupy C, což má za následek nižší kapacitu získat obsah SOC prostřednictvím adopce NT než půdy v nižších zeměpisných šířkách. Naproti tomu půdy v nižších zeměpisných šířkách mohou mít nižší počáteční obsah SOC v důsledku vyšších teplot a mír mineralizace SOM. To ve spojení s vyššími potenciálními vstupy C může přispět k vyšší kapacitě pro získání obsahu SOC prostřednictvím přijetí NT v nižších zeměpisných šířkách.
Pozitivní účinek přechodu z MP na NT na SOC ( obr. 5 ) posílily doplňkové konzervační postupy, jako jsou krycí plodiny a zbytky plodin . To naznačuje aditivní účinek těchto postupů, jak je uvedeno v jiných studiích. Z globální databáze West a Post (2002) zjistili, že nárůsty SOC v důsledku přijetí NT jsou větší a vyskytují se mnohem rychleji v rámci diverzifikovanějších systémů pěstování. Sisti et al. (2004) zjistili, že v kontinuálním sledu pšenice a sóji se obsah SOC do hloubky 100 cm pod NT nelišil od MP. Při střídání se zimní plodinou zeleného hnoje byl však obsah SOC pod NT ve srovnání s MP. Tvrdili, že příspěvek N 2fixace luštěnin v systému byla hlavním faktorem zodpovědným za pozorovanou akumulaci C v půdě pod NT a nejvíce akumulovaný C byl odvozen z kořenů plodin. Krycí plodiny mohou vést k vyššímu obsahu SOC zvýšením vstupu zbytků rostlin a zajištěním rostlin během kritických období pod NT i MP; nicméně, jak bylo pozorováno v této studii, zvýšení obsahu SOC může být negováno, když je krycí plodina začleněna do půdy pomocí MP metod ( obr. 5 a). Podobně vracení zbytků plodin do půdy vede ke zvýšeným hladinám SOC pod NT, protože zbytky plodin jsou předchůdci fondu SOC ( Dolan et al., 2006 ). Metaanalýza podle Virto et al. (2012) vykázaly průměrně 3,4 Mg ha −1více C v NT ve srovnání s MP systémy. Stanovili, že vyšší vstupy zbytků plodin byly primárním faktorem vysvětlujícím nárůst SOC v ornici, na rozdíl od eliminace zpracování půdy. Přijetí NT je proto důležité pro zlepšení SOC, ale jeho účinky jsou větší, pokud jsou přijaty v kombinaci s dalšími zemědělskými ochrannými postupy, jako je diverzifikace plodin a retence reziduí.
Osvědčeným postupem pro zlepšení SOC a dalších biologických zdravotních ukazatelů půdy byl bezesporu systém PER ( tabulka 1 ). Přechod z MP na PER zlepšil všechny ukazatele stavu půdy, nezávisle na hloubce půdy ( obr. 3 , obr. 7 ; tabulka 2)), s výjimkou AC a BG ve druhé vrstvě hloubky půdy. Pozitivní účinek systémů PER na MP byl ještě větší v nižších zeměpisných šířkách a ve vybraných půdních řádech, včetně Alfisolů, Inceptisolů, Entisolů a Mollisolů. Systémy PER mohou zlepšit biologické ukazatele půdy potlačením zpracování půdy, což snižuje rychlost rozkladu a vede k vyššímu obsahu SOC. Kromě toho mají systémy PER delší vegetační období a větší nadzemní a podzemní biomasu než jednoleté plodiny, což má za následek vyšší vstupy rostlinného odpadu, kořenů rostlin a kořenových exsudátů, což podporuje větší akumulaci organických materiálů a vyšší biologickou aktivitu půdy. Baker a kol. (2007)tvrdili, že v oblasti kukuřice v USA jsou odrůdy kukuřice geneticky naprogramovány na senesce přibližně 100 dnů po vyklíčení, zatímco doba mezi posledním a prvním mrazem je téměř 180 dnů. Vytrvalá vegetace vykazuje čistou asimilaci C po větší část tohoto období než roční plodiny. Kumulativní účinek trvalých systémů na SOC v hlubších hloubkách půdy byl také pozorován v Rusku ( Mikhailova et al., 2000). Tito autoři měřili SOC do hloubky 200 cm pod přirozenými travními porosty, polem seno trvalek a polem každoročně vysazeným na jednoleté plodiny, což ukazuje, že víceleté systémy měly podstatně více SOC než ročně obdělávané pole. V souladu s dalšími studiemi výsledky této studie prokazují, že převod z jednoletých plodin na MP na systémy PER může v USA vést k výraznému zlepšení obsahu SOC.
Nakonec tato metaanalýza prokázala, že SOC, MBC, MBN, BG, Resp, AC a Prot mohou rozlišovat různé agronomické postupy řízení a jsou citlivé a užitečné pro krátkodobé hodnocení stavu půdy, což je v souladu s několika zápletkami. škálové studie ( Veum a kol., 2014 , Nunes a kol., 2018 , van Es a Karlen, 2019 , Bongiorno a kol., 2019 , Jagadamma a kol., 2019). Tyto biologické vlastnosti půdy odrážejí důležité procesy a funkce půdy, včetně struktury a agregace půdy, které řídí půdní půdu, provzdušňování a dělení vody, jakož i zadržování živin a účinnost využití. Tyto procesy v půdě následně zmírňují erozi půdy, emise skleníkových plynů, produktivitu plodin, znečištění přímým zdrojem a kvalitu vody. Tyto procesy nakonec řídí odolnost agroekosystému vůči suchu, vlnám veder a náhlé změně klimatu ( Lal, 2016 ).
5 . Závěr
Tato metaanalýza, založená na 302 studiích provedených v USA, ukazuje, že snížení intenzity zpracování půdy výrazně zlepšuje biologický stav půdy s maximálním přínosem pozorovaným u víceletých systémů nebo systémů řádkové plodiny v NT. Zejména přechod z MP na NT zvýšil obsah SOC, míry biologické aktivity a labilní C a N frakce SOM v horní půdě a zároveň zlepšil biologickou funkci půdy v hlubších hloubkách půdy, zatímco konverze z MP na CP prokázala zlepšení pouze v vrstva ornice. V této studii byla rovněž potvrzena interakce rozsáhlých environmentálních faktorů s postupy řízení biologických vlastností půdy. Celkově, NT byl nejúčinnější při zvyšování obsahu SOC v kombinaci s dalšími doplňkovými ochrannými postupy po dobu minimálně tří let v nižších šířkách ve vybraných půdních řádech. Bezpochyby se ukázalo, že konverze z MP na PER systémy je nejlepší strategií pro zvýšení biologického zdraví půdy napříč všemi faktory v této studii. Tyto výsledky mají důležité důsledky pro udržitelné hospodaření s půdou a obnovu degradované půdy v USA Je zřejmé, že implementace trvalých systémů tam, kde je to možné, nebo ve spojení s diverzifikací systému plodin a retencí zbytků plodin v ročních systémech plodin, může nesmírně zlepšit biologické zdraví půdy v USA. , toto celostátní hodnocení potvrzuje význam půdních a klimatických faktorů pro interpretaci zdraví půdy, a potřebu zohlednit tyto inherentní faktory v celé řadě klimatických a půdních podmínek. Tyto výsledky konečně potvrzují užitečnost biologických ukazatelů jako nástrojů pro hodnocení zdraví producentů půdy tím, že prokazují jejich citlivost na krátkodobé změny v řídících postupech, které majitelům půdy umožní sledovat stav půdy po zavedení nových postupů řízení. Celkově tato studie identifikovala a kvantifikovala několik výhod biologického půdního zdraví v souvislosti s ochrannými postupy v USA, čímž poskytla producentům, konzultantům a tvůrcům politik základní pokyny týkající se ochranných postupů, které zlepší zdraví půdy, zvýší zabezpečení potravin a zajistí environmentální udržitelnost. tyto výsledky potvrzují užitečnost biologických ukazatelů jako nástrojů pro hodnocení zdraví producentů půdy tím, že prokazují jejich citlivost na krátkodobé změny v řídících postupech, které majitelům půdy umožní sledovat stav půdy po zavedení nových postupů řízení. Celkově tato studie identifikovala a kvantifikovala několik výhod biologického půdního zdraví v souvislosti s ochranářskými postupy v USA, čímž poskytla producentům, konzultantům a tvůrcům politik základní pokyny ohledně ochranných postupů, které zlepší zdraví půdy, zvýší zabezpečení potravin a zajistí environmentální udržitelnost. tyto výsledky potvrzují užitečnost biologických ukazatelů jako nástrojů pro hodnocení zdraví producentů půdy tím, že prokazují jejich citlivost na krátkodobé změny v řídících postupech, které majitelům půdy umožní sledovat stav půdy po zavedení nových postupů řízení. Celkově tato studie identifikovala a kvantifikovala několik výhod biologického půdního zdraví v souvislosti s ochrannými postupy v USA, čímž poskytla producentům, konzultantům a tvůrcům politik základní pokyny týkající se ochranných postupů, které zlepší zdraví půdy, zvýší zabezpečení potravin a zajistí environmentální udržitelnost.