The normal operating range of soil functioning: Understanding the natural fluctuations of nitrogen cycling communities

Michele de Cássia Pereira e Silva

Research output: ThesisThesis fully internal (DIV)

959 Downloads (Pure)

Abstract

De bodem is een zeer heterogeen en dynamisch system voor de micro-organismen die erin leven. De biologische diversiteit van de levende bodem is enorm hoog, en schattingen van de aantallen bacterietypen per gram grond belopen tot aan een miljoen. Deze micro-organismen kunnen sterk reageren op, en fluctueren met, bepaalde omgevingsfactoren (verstoringen), zoals de abiotische factoren temperatuur, pH, vochtgehalte en structuur of textuur van de bodem alsmede de biotische factoren samenstelling en diversiteit van de aanwezige microbiele gemeenschap. Genoemde fluctuaties kunnen de dynamiek en activiteit van de bodemorganismen en hun interacties aantasten. Dit kan, samengevat, de normale “operating range” (NOR) van de bodem bepalen. Normaliteit is hier gedefinieerd als omvattend de normale fluctuaties in functie als reactie op alle omstandigheden die in de bodem kunnen voorkomen, via natuurlijke of (normale) anthropogene weg. Een beschouwing van de biogeochemische cycli van de bodem leerde dat de stikstofcyclus sterk beinvloedbaar is. Zowel symbiotische stikstofbinding als nitrificatie zijn voorgesteld als typische processen die gevoelig zijn voor verstoringen. Deze processen zouden derhalve goed kunnen worden aangewend als indicatoren van stresscondities in de bodem. In het licht van deze argumentatie is in dit proefschrift de abundantie, structuur (gemeenschapssamenstelling) en functie van micro-organismen die betrokken zijn bij bepaalde stikstofcyclusprocessen gevolgd in een reeks geselecteerde Nederlandse bodems. Hoofdstukken 1 en 2 introduceren het onderwerp in theoretische zin. In hoofdstukken 3 en 5 zijn de fluctuaties in de structuren (samenstellingen) van de stikstofbindende micro-organismen beschreven. In deze analyses werd gevonden dat verschillende bodemtypen onderscheiden konden worden op basis van deze structuren. Met name was de bestudeerde microbiota in bodems met hoger kleigehalte (kleiachtige bodems) diverser en ook waren de amplitudes van de fluctuaties in de tijd hoger dan die in bodems met een lager kleigehalte (zandige bodems). Daarnaast waren bodemfactoren zoals het gehalte aan ammonium, pH en textuur sterk gecorreleerd met de variaties in de omvang, diversiteit en structuur van de stikstofbindende microbiele gemeenschappen. Dit gaf aan dat stikstofbinders gevoelig zijn voor de abiotische parameters van de bodem, hetgeen hen geschikt maakt als mogelijke indicatoren van verstoringen in de bodem. In hoofdstukken 4 en 6 is de dynamiek van de ammoniumoxideerders bestudeerd, alsmede de effecten van abiotische factoren in de bodem op de omvang, structuur en diversiteit van deze microbiele gemeenschappen. De verkregen gegevens lieten zien dat bodem pH en bodemtype belangrijke factoren waren die de omvang en structuur van de archaeale (AOA) en bacteriele (AOB) ammoniumoxideerders, naast hun functie, bepalen. Deze gegevens kunnen dienen als de basis waarop de NOR voor nitrificatie in (landbouw) bodems bepaald kan worden. Omdat de parameters bodemtype en bodem pH intrinsiek aan elkaar gekoppeld zijn, is in hoofdstuk 7 een microcosmosexperiment opgezet waarin de invloeden van bodemtextuur en bodem pH op de abundantie en functie van zowel stikstofbinders als ammoniumoxideerders apart zijn bepaald. De resultaten gaven aan dat de AOA betrokken zijn bij nitrificatie in bodems die recent verstoord zijn, terwijl AOB relevanter zouden kunnen zijn in onverstoorde bodems. Voorts toonden de resultaten aan dat de hogere abundantie van stikstofcyclerende micro-organismen in kleiachtige bodems waarschijnlijk relateren aan de hogere pH in deze bodems en niet aan het textuurtype. Tenslotte wordt in hoofdstuk 9 een wiskundig model ter beschrijving van een kwantitatieve aanpak van de NOR van bodem functioneren voorgesteld. Deze modelmatige aanpak zal van belang zijn bij toekomstige bepalingen van de kwaliteit van bodems.
Original languageEnglish
QualificationDoctor of Philosophy
Awarding Institution
  • University of Groningen
Supervisors/Advisors
  • van Elsas, Jan Dirk, Supervisor
  • Falcao Salles, Joana, Co-supervisor
Award date18-Jan-2013
Place of PublicationGroningen
Publisher
Print ISBNs9789036759601
Electronic ISBNs9789036759618
Publication statusPublished - 2013

Keywords

  • Proefschriften (vorm)
  • Nitrificatie
  • Archaea
  • Zuurgraad
  • Ammoniak
  • Stikstofcyclus
  • Stikstofbinding
  • Bodembacteriën
  • microbiologie
  • bodemkunde (aardwetenschappen)

Cite this