Belowground pathways for nitrogen transfer from a tropical legume tree to an associated fodder grass

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, metsatieteiden laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten, institutionen för skogsvetenskaper sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences en
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences en
dc.contributor INRA, Research Unit on Tropical Agroecosystems (ASTRO) en
dc.contributor.author Jalonen, Riina
dc.date.accessioned 2012-10-29T08:01:05Z
dc.date.available 2012-11-13 fi
dc.date.available 2012-10-29T08:01:05Z
dc.date.issued 2012-11-23
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-651-395-2 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/37330
dc.description.abstract Legume trees which form symbiosis with N2-fixing bacteria can help replenish and maintain soil fertility on tropical agricultural lands by supplying nitrogen to the system. However, the mechanisms of N transfer from the trees to associated crops are not well understood. The role of root exudation and common mycelial networks of mycorrhizal fungi (CMN) in interplant N transfer was analysed in this study. A cut-and-carry agroforestry system comprising a legume tree (Gliricidia sepium) and a fodder grass (Dichanthium aristatum) was used as a model system. Nitrogen transfer was measured by labelling the tree with 15N. Variation in the isotopic composition of the N sources from the tree and its effects on N transfer estimates was analysed using experimental methods and mathematical modeling. Both plant species were observed to form symbiosis with the same subgroup of Rhizophagus intraradices in the field, indicating favourable conditions for the formation of CMN. In pot culture D. aristatum obtained up to 14% of its N from G. sepium via belowground pathways over 10 weeks, which was mainly accounted for N exudation. Nitrogen transfer via CMN contributed up to 2.5% of N in D. aristatum and corresponded to 18% of total N transferred. Nitrogen transfer via CMN increased with arbuscular colonisation of the N donor and with decreasing N concentration of the N recipient. Transfer estimates varied manifold depending on the assumed isotopic composition of transferred N, which highlights the need for careful estimation of the isotopic ratios of the actual N sources. The results suggest a significant role for root exudates and CMN in transferring N from legume trees to the associated crops, as opposed to the common perception of tree prunings and mulching as the primary N sources to the crops. Design and management options of agroforestry systems could be reviewed to foster belowground N transfer and improve the sustainability of farming systems. en
dc.description.abstract Maailmalta tunnetaan tuhansia puulajeja, jotka muodostavat symbioosin ilmakehän typpeä sitovien bakteerien kanssa. Nämä palkokasvipuut voivat auttaa ylläpitämään tai parantamaan maaperän hedelmällisyyttä maatalousmailla ja vähentää samalla kemiallisten typpilannoitteiden tarvetta. Tavat, joilla ilmakehästä sidottu typpi siirtyy viljelykasvien käyttöön, tunnetaan kuitenkin huonosti. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin palkokasvipuiden typpipitoisten juurieritteiden sekä mykorritsasienten muodostamien verkostojen merkitystä kasvienvälisessä typensiirrossa. Mykorritsasymbionttien sienirihmat voivat sulautua ja muodostaa maaperässä verkostoja, joita pitkin typpeä voi siirtyä kasvista toiseen. Tutkimuksessa käytettiin esimerkkinä trooppista rehuntuotantoon tarkoitettua peltometsäviljelmää, jossa Gliricidia sepium -palkokasvipuita kasvatetaan Dichanthium aristatum -rehuheinän kanssa. Vaikka puut latvotaan säännöllisesti ja latvokset kuljetetaan pois koealalta, puulta on aiemmissa tutkimuksissa havaittu siirtyvän runsaasti typpeä heinälle. Tässä tutkimuksessa typensiirtoa mitattiin lisäämällä puun lehtiin luonnossa harvinaista typen 15-isotooppia ja mittamalla muutokset heinän typpi-15-pitoisuudessa. Puista eri tavoin vapautuvan typen isotooppikoostumuksen vaihtelua tutkittiin kasvihuonekokeiden sekä matemaattisen mallinnuksen avulla. Puu ja heinä muodostivat koealalla symbiooseja saman mykorritsasienilajin kanssa. Typensiirto kasvista toiseen mykorritsasienten verkostojen kautta on siten mahdollista. Kasvihuonekokeissa jopa 14 prosenttia heinän typestä 10 viikon aikana oli peräisin maanalaisesta typensiirrosta puulta, pääasiassa juurieritteistä. Typensiirto mykorritsasienten verkostoja pitkin vastasi 2,5 prosenttia heinän kokonaistypestä ja 18 prosenttia kaikesta maanalaisesti siirtyneestä typestä. Typpeä myös siirtyi sitä enemmän, mitä tehokkaammin sienet olivat kolonisoineet puun juuret ja mitä pienempi oli heinän typpipitoisuus. Arviot typensiirrosta vaihtelivat moninkertaisesti puun erittämän typen oletetun isotooppikoostumuksen mukaisesti. Isotooppikoostumuksen huolellinen arviointi on siksi tärkeää luotettavien tulosten saamiseksi. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että juurieritteet ja mykorritsasienten verkostot mahdollistavat merkityksellisen maanalaisen typensiirron palkokasvipuilta viljelykasveille. Perinteinen käsitys, että typpeä vapautuisi palkokasvipuilta muiden kasvien käyttöön ensisijaisesti puiden lehtikarikkeen tai latvosten hajotessa, näyttää uuden tutkimustiedon valossa riittämättömältä. Peltometsäviljelmien suunnittelua ja hoitomenetelmiä tulisi arvioida uudelleen ja kehittää, niin että ne hyödyntävät lajien luontaisia vuorovaikutuksia, edistävät maanalaista typensiirtoa ja parantavat siten maatalouden ekologista kestävyyttä. fi
dc.language.iso en
dc.publisher Finnish Society of Forest Science; Finnish Forest Research Institute; Faculty of Agriculture and Forestry of the University of Helsinki; School of Forest Sciences of the University of Eastern Finland fi
dc.relation.ispartof Dissertationes Forestales fi
dc.relation.ispartof URN:ISSN:1795-7389 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject tropical Forest Ecology fi
dc.title Belowground pathways for nitrogen transfer from a tropical legume tree to an associated fodder grass en
dc.title.alternative Typensiirron maanalaiset mekanismit trooppisen palkokasvipuun ja viljelykasvin välillä peltometsäviljelyssä fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Nygren, Pekka
dc.ths Sierra, Jorge
dc.ths Timonen, Sari
dc.opn Harmand, Jean-Michel
dc.type.dcmitype Text

Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record