Markens biologiska mångfald
Markens biologiska mångfald avser förhållandet mellan mark och biologisk mångfald och till aspekter av marken som kan hanteras i förhållande till biologisk mångfald. Den biologiska mångfalden i marken hänför sig till vissa överväganden för avrinningsförvaltning .
Biologisk mångfald
Enligt det australiensiska departementet för miljö och vattenresurser är biologisk mångfald "livets mångfald: de olika växterna, djuren och mikroorganismerna, deras gener och de ekosystem som de är en del av." Biologisk mångfald och jord är starkt kopplade, eftersom jord är mediet för en stor mängd organismer och interagerar nära med den bredare biosfären . Omvänt är biologisk aktivitet en primär faktor i den fysiska och kemiska bildningen av jordar.
Jord ger en livsviktig livsmiljö , främst för mikrober (inklusive bakterier och svampar ), men också för mikrofauna (som protozoer och nematoder ), mesofauna (som mikroartropoder och enchytraeider) och makrofauna (som daggmaskar , termiter och tusenfotingar ). Den primära rollen för jordbiota är att återvinna organiskt material som härrör från den "ovanjordiska växtbaserade näringsväven".
Mark är i nära samarbete med den bredare biosfären. Underhållet av bördig jord är "en av de mest livsviktiga ekologiska tjänsterna som den levande världen utför", och "mineralhalten och det organiska innehållet i jorden måste fyllas på ständigt när växter konsumerar jordelement och passerar dem upp i näringskedjan " .
Korrelationen mellan jord och biologisk mångfald kan observeras spatialt. Till exempel motsvarar både naturliga och jordbruksvegetationsgränser nära markgränserna, även på kontinental och global skala.
En "subtil synkroni" är hur Baskin (1997) beskriver förhållandet som finns mellan jorden och livets mångfald, över och under marken. Det är inte förvånande att markförvaltningen har en direkt effekt på den biologiska mångfalden. Detta inkluderar metoder som påverkar markens volym, struktur, biologiska och kemiska egenskaper och huruvida marken uppvisar negativa effekter som minskad fertilitet , markförsurning eller försaltning .
Processeffekter
Försurning
Markens surhet (eller alkalinitet) är koncentrationen av vätejoner (H + ) i jorden. Mätt på pH -skalan är markens surhet ett osynligt tillstånd som direkt påverkar markens bördighet och toxicitet genom att bestämma vilka grundämnen i jorden som är tillgängliga för absorption av växter. Ökning av markens surhet orsakas av avlägsnande av jordbruksprodukter från hagen, urlakning av kväve som nitrat under rotzonen, olämplig användning av kvävehaltiga gödselmedel och ansamling av organiskt material . Många av jordarna i den australiska delstaten Victoria är naturligt sura; men cirka 30 000 kvadratkilometer eller 23 % av Victorias jordbruksjordar lider av minskad produktivitet på grund av ökad surhet. Markens surhet har setts skada växternas rötter. Växter med högre surhet har mindre, mindre hållbara rötter. Vissa bevis har visat att surheten skadar spetsarna på rötterna och begränsar ytterligare tillväxt. Plantornas höjd har också sett en markant begränsning när de odlas i sura jordar, vilket ses i amerikanska och ryska vetepopulationer . Antalet frön som till och med kan gro i sur jord är mycket lägre än mängden frön som kan gro i en mer neutral pH-jord. Dessa begränsningar för växternas tillväxt kan ha en mycket negativ effekt på växthälsan , vilket leder till en minskning av den totala växtpopulationen.
Dessa effekter uppstår oavsett biom . En studie i Nederländerna undersökte korrelationen mellan markens pH och markens biologiska mångfald i jordar med pH under 5. En stark korrelation upptäcktes, där ju lägre pH desto lägre biologisk mångfald. Resultaten var desamma i gräsmarker såväl som hedar. Särskilt oroande är bevisen som visar att denna försurning är direkt kopplad till nedgången av utrotningshotade växtarter, en trend som har känts igen sedan 1950.
Markförsurning minskar markens biologiska mångfald. Det minskar antalet makrofauna, inklusive till exempel antalet daggmaskar (viktigt för att upprätthålla den strukturella kvaliteten på matjorden för växttillväxt). Rhizobiums överlevnad och uthållighet påverkas också . Nedbrytning och kvävefixering kan minska, vilket påverkar överlevnaden av inhemsk vegetation . Den biologiska mångfalden kan minska ytterligare eftersom vissa ogräs förökar sig under minskande inhemsk vegetation.
I starkt sura jordar kan den associerade toxiciteten leda till minskat växttäcke , vilket gör jorden känslig för erosion av vatten och vind. Jordar med extremt lågt pH kan drabbas av strukturell nedgång till följd av minskade mikroorganismer och organiskt material; detta ger en känslighet för erosion under händelser med hög nederbörd , torka och jordbruksstörningar.
Vissa växter inom samma art har visat motstånd mot markens surhet som deras befolkning växer i. Att selektivt förädla de starkare växterna är ett sätt för människor att skydda sig mot ökande marksurhet.
Ytterligare framgång i kampen mot markens surhet har setts i sojabön- och majspopulationer som lider av aluminiumtoxicitet . Markens näringsämnen återställdes och surheten minskade när kalk tillsattes jorden. Planthälsan ökade och rotbiomassan ökade som svar på behandlingen. Detta är en möjlig lösning för andra sura jordväxtpopulationer
Strukturnedgång
Jordstruktur är arrangemanget av partiklar och tillhörande porer i jordar i storleksintervallet från nanometer till centimeter. Biologisk påverkan kan påvisas i bildningen och stabiliseringen av jordaggregaten, men det är nödvändigt att tydligt skilja mellan de krafter eller agenturer som skapar aggregation av partiklar och de som stabiliserar eller bryter ned sådana aggregat. Vad som kvalificeras som bra jord innehåller följande egenskaper: optimal jordhållfasthet och ballaststabilitet, som ger motståndskraft mot strukturell nedbrytning ( till exempel täckning/skorpbildning, släckning och erosion); optimal bulkdensitet, vilket underlättar rotutvecklingen och bidrar till andra markfysiska parametrar såsom vatten och luftrörelse i jorden; optimal vattenhållningskapacitet och hastighet för vatteninfiltration.
Välutvecklade, friska jordar är komplexa system där fysisk markstruktur är lika viktig som kemiskt innehåll. Jordporer – som är maximerade i en välstrukturerad jord – tillåter syre och fukt att infiltrera till djup och växtrötter att tränga in för att få fukt och näring.
Biologisk aktivitet hjälper till att upprätthålla en relativt öppen markstruktur, samt underlättar nedbrytning och transport och omvandling av marknäringsämnen. Förändrad markstruktur har visat sig leda till minskad tillgänglighet för växter till nödvändiga ämnen. Det är nu obestridt att mikrobiella utsöndringar har en dominerande roll i aggregationen av jordpartiklar och skyddet av kol från ytterligare nedbrytning. Det har föreslagits att mikroorganismer i marken "konstruerar" en överlägsen livsmiljö och ger en sundare jordstruktur, vilket leder till mer produktiva jordsystem.
Traditionella jordbruksmetoder har i allmänhet orsakat sjunkande markstruktur. Till exempel orsakar odling mekanisk blandning av jorden, packning och skärning av ballast och fyllning av porutrymmen - organiskt material utsätts också för en högre hastighet av sönderfall och oxidation. Markstrukturen är avgörande för markens hälsa och fertilitet; Nedgången i markstrukturen har en direkt effekt på markens och ytans näringskedja och den biologiska mångfalden som en konsekvens. Fortsatt växtodling resulterar så småningom i betydande förändringar i marken, såsom dess näringsstatus, pH-balans, innehåll av organiskt material och fysiska egenskaper. Även om vissa av dessa förändringar kan vara fördelaktiga för livsmedels- och växtodlingen, kan de också vara skadliga för andra nödvändiga system. Studier har till exempel visat att jordbearbetning har haft negativa konsekvenser för organiskt material i jorden (SOM), den organiska komponenten i jorden som består av växt- och djurnedbrytning och ämnen som syntetiseras av markorganismer . SOM spelar en integrerad roll i bevarandet av markstrukturen, men den ständiga bearbetningen av grödor har fått SOM att skifta och omfördela, vilket gör att markstrukturen försämras och förändrar jordens organismepopulationer (som med daggmaskar). Men i många delar av världen tenderar maximering av livsmedelsproduktionen till varje pris på grund av skenande fattigdom och bristen på livsmedelssäkerhet att lämna de långsiktiga ekologiska konsekvenserna förbise, trots forskning och erkännande från det akademiska samfundet. Växtföljd , diversifiering av grödor , mellangrödor av baljväxter och organiska tillsatser har visat sig korrelera med högre jorddiversitet av McDaniel et al 2014 och Lori et al 2017.
Sodicitet
Jordens sodicitet hänvisar till jordens innehåll av natrium jämfört med dess innehåll av andra katjoner , såsom kalcium . I höga halter bryter natriumjoner isär lerplättar och orsakar svullnad och spridning i jorden. Detta resulterar i minskad markhållbarhet. Om koncentrationen sker upprepade gånger blir jorden cementliknande , med liten eller ingen struktur.
Långvarig exponering för höga natriumnivåer resulterar i en minskning av mängden vatten som behålls och kan rinna genom marken, såväl som en minskning av nedbrytningshastigheten (detta gör jorden infertil och förhindrar framtida tillväxt). Denna fråga är framträdande i Australien, där 1/3 av marken påverkas av höga saltnivåer. Det är en naturlig företeelse, men jordbruksmetoder som överbetning och odling har bidragit till att det har ökat. Alternativen för att hantera sodiska jordar är mycket begränsade; man måste antingen byta växter eller byta jord. Det senare är den svårare processen. Om man byter jord måste man tillsätta kalcium för att absorbera överskottet av natrium som blockerar vattenflödet.
Försaltning
Markens salthalt är koncentrationen av salt i markprofilen eller på markytan. För mycket salt påverkar direkt sammansättningen av växter och djur på grund av varierande salttolerans – tillsammans med olika fysiska och kemiska förändringar i marken, inklusive strukturell försämring och, i yttersta fall, denudering, exponering för jorderosion och export av salter till vattendrag. Vid låg salthalt i jorden finns det mycket mikrobiell aktivitet, vilket resulterar i en ökad markandning , vilket ökar koldioxidnivåerna i jorden, vilket ger en hälsosammare miljö för växter. När salthalten i jorden stiger blir det mer stress på mikrober eftersom det finns mindre tillgängligt vatten tillgängligt för dem, vilket leder till mindre andning. Markens salthalt har lokala och regionala effekter på den biologiska mångfalden, till exempel från förändringar i växtsammansättning och överlevnad på en lokal utsläppsplats till regionala förändringar i vattenkvalitet och vattenlevande liv .
Även om mycket salthaltig jord inte är att föredra för att odla grödor, är det viktigt att notera att många grödor kan växa i mer salthaltiga jordar än andra. Detta är viktigt i länder där resurser som sötvatten är knappa och behövs för att dricka, och saltvatten kan användas för jordbruk. Markens salthalt kan variera mellan ytterligheter på ett relativt litet område; detta tillåter växter att söka områden med mindre salthalt. Det är svårt att avgöra vilka växter som kan växa i jord med hög salthalt, eftersom jordens salthalt inte är enhetlig, även i små områden. Däremot absorberar växter näring från områden med lägre salthalt.
Erosion
Jorderosion är avlägsnandet av jordens övre skikt genom inverkan av vatten, vind eller is. Markerosion förekommer naturligt, men mänskliga aktiviteter kan avsevärt öka dess svårighetsgrad. Jord som är frisk är bördig och produktiv. Men jorderosion leder till förlust av matjord, organiskt material och näringsämnen; det bryter ner markstrukturen och minskar vattenlagringskapaciteten, vilket i sin tur minskar fertiliteten och tillgången på vatten för plantrötter. Markerosion är därför ett stort hot mot markens biologiska mångfald.
Effekterna av jorderosion kan minskas med hjälp av olika markvårdstekniker . Dessa inkluderar förändringar i jordbrukspraxis (som att flytta till mindre erosionsbenägna grödor ), plantering av baljväxtkvävefixerande träd eller träd som är kända för att fylla på organiskt material . Dessutom jutemattor och jute geotextilnät användas för att avleda och lagra avrinning och kontrollera markrörelser.
Feltolkade markvårdsinsatser kan resultera i en obalans av markkemiska föreningar. Till exempel har försök till beskogning i norra Löss-platån, Kina , lett till näringsbrist på organiskt material som kol , kväve och fosfor .
Användning av konstgödsel
Kalium (K) är ett viktigt makronäringsämne för växtutveckling och kaliumklorid (KCl) är den vanligaste källan till K som används inom jordbruket. Användningen av KCl leder till höga koncentrationer av klorid (Clˉ) i marken vilket orsakar en ökning av markens salthalt som påverkar utvecklingen av växter och markorganismer.
Klorid har en biocid effekt på markens ekosystem, vilket orsakar negativa effekter på organismers tillväxt, dödlighet och reproduktion, vilket i sin tur äventyrar markens biologiska mångfald. Den överdrivna tillgängligheten av klorid i marken kan utlösa fysiologiska störningar hos växter och mikroorganismer genom att minska cellernas osmotiska potential och genom att stimulera produktionen av reaktiva syrearter. Dessutom har denna jon negativa effekter på nitrifierande mikroorganismer, vilket påverkar tillgången på näringsämnen i marken.
Inverkan på upptagningsområdets skala
Biologiska system – både naturliga och konstgjorda – är starkt beroende av friska jordar; det är upprätthållandet av markens hälsa och fertilitet i alla dess dimensioner som upprätthåller livet. Sammankopplingen spänner över stora rumsliga och tidsmässiga skalor; de stora nedbrytningsfrågorna som salthalt och jorderosion kan till exempel ha allt från lokala till regionala effekter – det kan ta årtionden innan konsekvenserna av förvaltningsåtgärder som påverkar marken förverkligas i termer av påverkan på biologisk mångfald. [ citat behövs ]
Att upprätthålla markens hälsa är en regional eller avrinningsskala fråga. Eftersom jordar är en spridd tillgång är det enda effektiva sättet att säkerställa markens hälsa generellt att uppmuntra ett brett, konsekvent och ekonomiskt tilltalande tillvägagångssätt. Exempel på sådana tillvägagångssätt som tillämpas i en jordbruksmiljö inkluderar applicering av kalk ( kalciumkarbonat ) för att minska surheten för att öka markens hälsa och produktion, och övergången från konventionella jordbruksmetoder som använder odling till system med begränsad eller ingen jordbearbetning, vilket har hade en positiv inverkan på att förbättra markstrukturen.
Övervakning och kartläggning
Jordar omfattar en enorm mångfald av organismer vilket gör den biologiska mångfalden svår att mäta. Det uppskattas att en fotbollsplan innehåller underjordiska så mycket organismer som är lika med storleken på 500 får. Ett första steg har tagits för att identifiera områden där den biologiska mångfalden i marken är mest under press är att hitta de huvudsakliga möjligheter som minskar den biologiska mångfalden i marken. Markens biologiska mångfald kommer att mätas i framtiden, särskilt tack vare utvecklingen av molekylära metoder som bygger på direkt DNA-extraktion från markmatrisen.
