Beneficial microbial activity supporting sustainable agriculture

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7241-9
Title: Beneficial microbial activity supporting sustainable agriculture
Author: Palojärvi, Ansa
Other contributor: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Mikrobiologian ja biotekniikan tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i mikrobiologi och bioteknik
Doctoral Programme in Microbiology and Biotechnology
Natural Resources Institute Finland (Luke)
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-05-14
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae, Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7241-9
http://hdl.handle.net/10138/329314
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Agricultural productivity has improved significantly in recent decades. World food production has more than tripled through intensive crop production. In addition to improved food production and safety, environmental problems have also increased. However, due to global population growth, food production needs to be further intensified. This thesis is related to the sustainable intensification of crop production and the improvement of crop resilience. The study examined the effects of agricultural management practices on soil microbial communities and the ecosystem services they provide. In particular, the possibilities to improve the plant disease suppression of field microbiota and appearance of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) by tillage methods and crop diversity were in focus. In addition, the amount and location of different carbon fractions in the soil profile were investigated. The aim was also to identify useful indicators for beneficial soil microbial activity for soil quality monitoring. The studies utilized the field experiments and a cross-site comparison of several long-term tillage fields. The ability of soil microbiota to suppress fungi (fungistasis) and general disease suppression was often enhanced by the long-term reduced and no-tillage practices, compared with conventional mouldboard ploughing. The result could not be generalized to specific management but could be linked to the higher biomass of soil microbiota and fungi as well as the soil labile carbon content. Based on the results, the strengthening of soil disease suppression was reflected in lower prevalence of the test pathogen (F. culmorum) in the cereals, suggesting an impact on crop production. Reduced tillage was shown to alter the vertical distribution of carbon fractions and accumulate soil organic carbon (SOC), labile carbon, and microbial biomass in the topsoil layer. However, the SOC sequestration in the whole soil profile was not necessarily increased. Mycotrophy of host plants varied considerably between the special plants studied. Mycotrophy of the crop plant had a strong effect on the concentration of AMF in the rhizosphere and bulk soil. Field observations confirmed that the ecosystem services of microbiota could be enhanced by the choice of agricultural management although the effects of a specific management method may not be directly and generally related to the activity. The effects on the fungal community and crop performance should be considered in relation to the crop sequence used. In addition to this, potentially, single management practices have a combined effect on soil health. Soil microbiological ecosystem services need simple indicators to be used in developing and monitoring sustainable agricultural production. The intensity of disease suppression in the soil could be reliably assessed by a simple laboratory test. Soil labile carbon (POM-C, Cmic) is potentially a useful indicator for disease suppression. Cell membrane lipid assays (PLFA, NLFA) proved to be effective indicators for estimating AMF biomass in arable soil. Cultivation measures were shown to have a significant impact on the community structure and function of the field microbiota. In the light of these results, it is absolutely essential to take into account the functionality of the whole soil microbiome in the design of sustainable intensification of agricultural management practices.Väitös: Viljelytoimilla voidaan vahvistaa peltomaan hyödyllistä mikrobiaktiivisuutta - vaikutuksia kasvitauteihin, satoon ja hiilensidontaan Peltomaan luontainen mikrobisto voi auttaa tautisienien ja vaikeasti torjuttavien maalevintäisten kasvitautien hallinnassa. Mikrobisto vaikuttaa myös pellon satotasoon ja maan kykyyn varastoida hiiltä. Mikrobiston toimintaan voidaan vaikuttaa viljelytoimenpiteillä ja kasvivalikoimalla. Luonnonvarakeskuksen (Luke) tutkija Ansa Palojärvi selvitti väitöstutkimuksessaan viljelytoimenpiteiden vaikutuksia maaperän mikrobiyhteisöihin ja niiden tuottamiin ekosysteemipalveluihin. Tutkimuksessa tunnistettiin lisäksi käyttökelpoisia mittareita hyödyllisen maaperän mikrobitoiminnan ja peltomaan laadun seurantaan. Maaperän mikrobiston kyky tukahduttaa tautisieniä (fungistasis) ja maalevintäisiä kasvitauteja vahvistui, kun perusmuokkausta kevennettiin. ”Tutkimusten perusteella viljelytoimenpiteillä on mahdollista edistää hyödyllistä mikrobiaktiivisuutta maassa. Tuloksia ei voitu yleistää tiettyyn toimenpiteeseen, mutta taudintukahduttamiskyky voitiin liittää korkeaan maaperän mikrobiston ja sienten biomassaan sekä mikro-organismien hyödyntämän labiilin hiilen pitoisuuteen”, Palojärvi sanoo. Maaperän kunto kytkeytyy viljelyn kestävään tehostamiseen Tutkimuksessa saatiin viitteitä, että eloperäistä ainetta maaperään kerryttävillä viljelytekniikoilla on vaikutusta kasvin kasvuun. ”Kun olosuhteet luodaan monipuoliselle mikrobistolle suotuisiksi, saadaan vahvistettua kasvintuotannon kannalta hyödyllisiä aktiivisuuksia maassa.” Maanmuokkausmenetelmien lisäksi maaperän mikrobistoon voidaan vaikuttaa monipuolisella kasvilajivalikoimalla. Monivuotiset tuotantokasvit ylläpitävät runsasta juuristomikrobistoa, sienijuuren muodostavat satokasvit taas edistävät keräsienten esiintymistä. Maaperän mikrobisto kytkeytyy myös hiilen sidontaan, sillä mikrobiaktiivisuus vaikuttaa kestohiilen muodostumiseen. Maaperätestejä myös viljelijöiden käyttöön? Tutkimuksessa tunnistettiin mittareita, joiden avulla voidaan arvioida maaperän taudintukahduttamiskyvyn voimakkuutta. Teknisesti yksinkertaisilla laboratoriotesteillä voidaan selvittää maaperän mikrobiaktiivisuutta. Niiden avulla voidaan kehittää työkaluja viljelijäkäyttöön maaperän tilan arviointiin kestävän maataloustuotannon kehittämiseksi ja seurantaan. Tutkimus tarjoaa keinoja kasvintuotannon kestävään tehostamiseen ja viljelyn resilienssin parantamiseen. ”Tutkimustulosten valossa on tärkeää ottaa huomioon koko maaperän mikrobiomin toimivuus kestävän maatalouden toimintatapojen suunnittelussa, tukien ohjaamisessa ja tuotannon kestävässä tehostamisessa”.
Subject: yleinen mikrobiologia
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
palojärvi_ansa_dissertation_2021.pdf 1.883Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record