I microbi del suolo vivono, barometri funzionanti della salute del suolo. Sono responsabili della trasformazione dell'azoto atmosferico in forme utilizzabili dalle piante, e per il rilascio di azoto nell'aria. Le decisioni di gestione dell'azienda influiscono indubbiamente su questi microscopici cavalli da lavoro, ma, fino ad ora, gli scienziati non avevano un quadro completo di come la rotazione delle colture e la lavorazione del terreno influenzino il microbioma del suolo.

"La maggior parte delle ricerche sulla salute microbica del suolo è stata condotta in laboratorio o in serra, o in esperimenti sul campo a breve termine. Qui nell'Illinois, abbiamo una fantastica opportunità di vedere cosa fa la gestione agricola a lungo termine al suolo, "dice Maria Villamil, professore associato presso il Department of Crop Sciences dell'Università dell'Illinois e coautore di un nuovo studio pubblicato su Scienza dell'ambiente totale .

Sfruttando un esperimento sul campo di 20 anni, Gli scienziati del raccolto dell'Illinois hanno dimostrato rischi significativi associati alle continue rotazioni del mais, sia per la comunità microbica del suolo che per la salute ambientale su scala più ampia.

"Per mantenere i livelli di resa sotto il mais continuo, è necessario più azoto inorganico, intensificando così il ciclo dell'azoto e provocando un loop pericoloso, "dice Gevan Behnke, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato in scienze delle colture. "Il risultato è l'acidificazione e il potenziale aumento della perdita di azoto e delle emissioni nocive di ossido di azoto".

La rotazione del mais con la soia per un anno o più mitiga l'effetto, i ricercatori hanno scoperto.

Gli scienziati del raccolto dell'Illinois hanno piantato per la prima volta mais e soia nel sito sperimentale nel 1996, con alcuni campi a mais continuo, altri in continuo di soia, e altri che ruotano ogni anno tra le colture. All'interno di ogni sistema di coltivazione, i campi non venivano lavorati o lavorati a scalpello ogni anno.

Behnke ha analizzato campioni di suolo prelevati da ciascun tipo di campo nel 2015 e nel 2016, estrazione del DNA e misurazione delle proprietà fisiche e chimiche.

"L'analisi del DNA è stata importante perché molti problemi sono legati al ciclo dell'azoto, se si tratta di emissioni di protossido di azoto, lisciviazione di nitrati nei corpi idrici, o solo un accumulo tossico di azoto nel terreno, " Behnke dice. "Pertanto, abbiamo studiato geni e gruppi microbici associati alla fissazione, nitrificazione, e denitrificazione".

Il processo di nitrificazione microbica trasforma il fertilizzante ammoniacale in nitrato, una forma molto più mobile associata a deflusso e lisciviazione. denitrificazione, d'altra parte, trasforma i nitrati in forme gassose, compreso il protossido di azoto e di azoto, un potente gas serra.

Mettendo insieme tutti i dati, i ricercatori hanno scoperto che il mais continuo aumentava la materia organica e l'acidità del suolo, e ha portato ad un aumento dei microbi coinvolti sia nella nitrificazione che nella denitrificazione. I ricercatori hanno trovato il modello opposto nella soia continua, e risultati intermedi nelle rotazioni mais-soia.

"Studi precedenti hanno dimostrato che il mais emette continuamente più gas serra, ma il nostro studio ha spiegato perché a livello microbico, " Behnke dice. "È stato bello vedere che i nostri risultati combaciavano così".

La gestione della non lavorazione ha aumentato la materia organica del suolo, che ha portato a suoli più acidi e ad un aumento dell'abbondanza di batteri che trasformano l'ammoniaca in nitrato.

"L'azoto viene lasciato sul terreno nei campi non arati, mentre la lavorazione del terreno può davvero diffondere quell'azoto nei primi 10 centimetri. Però, la lavorazione del terreno di per sé non era un forte fattore di abbondanza microbica come la rotazione delle colture, " Behnke dice. "In definitiva, ridurre il numero di anni di mais aiuterà a ridurre gli effetti negativi del mais continuo sulla salute del suolo".

Il primo studio nel suo genere non solo fornisce importanti informazioni fondamentali sulla salute del suolo nei sistemi agronomici, stabilisce anche una base per la ricerca futura.

Il più ampio programma di ricerca di Villamil cerca di capire come le colture di copertura influenzano l'attività microbica del suolo quando vengono aggiunte alle rotazioni di mais e soia. Il suo team ha recentemente pubblicato un'analisi della ricerca esistente sull'argomento e ha completato due anni di campionamento sul campo con colture di copertura nel sito a lungo termine.

"Quadro generale, stiamo esaminando se esiste un potenziale per manipolare la salute del suolo e il microbioma con le colture di copertura. Nell'Illinois, siamo un po' bloccati con questo sistema di mais e soia. I nostri risultati indicano che l'alternanza del mais con la soia potrebbe aiutare, ma sono colture davvero molto simili, entrambi molto estrattivi, " Dice Villamil. "Dobbiamo aumentare la diversità delle colture sia nel tempo che nello spazio, e penso che le colture di copertura siano una delle soluzioni che abbiamo in questo momento. Dobbiamo acquisire consapevolezza".

Aggiunge che il miglioramento della salute del suolo è della massima importanza, indipendentemente dal metodo.

"La salute del suolo ha molti legami con la salute ambientale, principalmente attraverso il controllo dei gas serra, ma anche per la salute umana. Recenti ricerche trovano correlazioni tra la biodiversità microbica del suolo e il microbioma umano. Quindi c'è un forte bisogno di capire veramente il funzionamento della salute del suolo all'interno di diversi contesti agricoli a causa di questi forti legami con la salute ambientale e potenzialmente con la salute umana, " dice. "Un terreno sano sostiene una vita sana".

L'articolo, "L'acidificazione nelle monocolture di mais favorisce i funghi, batteri ossidanti dell'ammoniaca, e gruppi nirK-denitrificatori, " è pubblicato in Scienza dell'ambiente totale .