Home About Browse Search
Svenska


Nitrogen cycling communities associated to roots of arable crops in relation to management

plant, intercropping and soil effects

Zhao, Ming (2016). Nitrogen cycling communities associated to roots of arable crops in relation to management. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2016:86
ISBN 978-91-576-8674-9
eISBN 978-91-576-8675-6
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
847kB

Abstract

Management of terrestrial nitrogen (N) has been identified as a key challenge in the implementation of sustainable agricultural practices. Transformations of inorganic N are mainly performed by microbial functional guilds that regulate the retention or loss of N. Soil management may affect the diversity, composition, and functioning of N-cycling microbial communities. The aim was to define the influence of soil properties, crops and intercropping on root- and soil-associated N-cycling communities with a special focus on the genetic and enzymatic potential for denitrification and nitrous oxide (N₂O) reduction.

A greenhouse experiment comparing intercropped cocksfoot and lucerne with sole cropping practices showed that plant species and intercropping significantly affected the abundances of root associated communities that drive the retention or loss of N, suggesting altered plant-microbial and/or microbial-microbial interactions. Addition of biogas digestate as fertilizer did not alter the intercropping effects. A higher N₂O production rate was found in root-associated microbial communities in cocksfoot during intercropping, which coincided with decreased genetic potential for N₂O reduction by organisms within nosZ clade II compared to sole cropped cocksfoot. Sequencing revealed that these N₂O reducers were related to Ignavibacteria, which have a truncated denitrification pathway that lacks the genetic capacity to produce N₂O.

Soil type also had a strong influence on root-associated N-cycling communities. In a full-factorial experiment with two soil types and two different crops (barley and sunflower), soil type overrode crop effects regarding both genetic and enzymatic potential for denitrification. Thus, soil physical and chemical properties rather than plant species determine the denitrification and N₂O production rates of the root-associated communities.

The genetic potential for the various N-cycling communities differed between bulk soil and roots, indicating that N-cycling functional organisms were favored in different compartments in the soil-root environment. The N₂O reducing organisms carrying nosZI were shown to have an affinity to plant roots, whereas those with nosZII prefer the bulk soil thus indicating a possible niche differentiation between the two clades.

Authors/Creators:Zhao, Ming
Title:Nitrogen cycling communities associated to roots of arable crops in relation to management
Subtitle:plant, intercropping and soil effects
Alternative abstract:
LanguageAbstract
UNSPECIFIED

Att ta hand om markens kväve (N) har identifierats som en viktig utmaning i för ett hållbart jordbruk. Omvandlingar av oorganiskt N utförs i huvudsak av olika mikrobiella funktionella grupper som reglerar om N stannar eller lämnar systemet. Brukningsåtgärder kan påverka mångfald, sammansättning och funktion hos de N-omvandlande mikrobiella samhällena. Syftet med avhandlingen var att definiera effekter av markegenskaper, grödor och samodling på N-omvandlande mikrobiella samhällen associerade med växtrötter och i jord, med särskilt fokus på den genetiska och enzymatiska potentialen för denitrifikation och reduktion av lustgas (N₂O).

Ett växthusförsök där samodling av gräset hundäxing och baljväxten lusern jämfördes med odling i renbestånd visade att växtart och samodling hade stor påverkan på abundansen av rotassocierade samhällen som styr retention eller förlust av N, vilket tyder på förändrade växt-mikrob-interaktioner och/eller mikrob-mikrob-interaktioner. Tillsats av rötrester som gödningsmedel förändrade inte effekten av samodling. En högre produktionshastighet av N₂O konstaterades hos rotassocierade mikrobiella samhällen i hundäxing under samodling jämfört med hundäxing i renbestånd, vilket sammanföll med minskad genetisk potential för reduktion av N₂O hos organismer inom nosZII-kladen. Sekvensering visade att dessa N₂O reducerande mikroorganismer var besläktade med Ignavibacteria, som har en trunkerad denitrifikationskedja och saknar den genetiska förmågan att producera N₂O.

Jordtyp hade också en stark inverkan på de rotassocierade N-omvandlande samhällen. I ett fullfaktoriellt experiment med två jordtyper och två olika grödor (korn och solros) visade sig jordtyp ha större betydelse än gröda när det gäller både genetisk och enzymatisk potential för denitrifikation. Således bestämmer jordens fysikaliska och kemiska egenskaper snarare än växtarternas egenskaper denitrifikations- och N₂O produktionshastighet hos de rotassocierade mikrobsamhällena.

Den genetiska potentialen för de olika N-omvandlande samhällena skiljde sig mellan jord och rötter, vilket tyder på att olika N-omvandlande funktionella organismer gynnades i olika delar av jord-rot-miljön. De N₂O reducerande mikroorganismerna som har nosZI hade en affinitet för växtrötter, medan de med nosZII gynnades i jorden vilket indikerar en möjlig differentiering av nischer mellan N₂O reducerare från de två kladerna.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :22 August 2016
Volume:2016:86
Number of Pages:62
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IZhao M., Jones, C.M., Meijer J., Lundquist P.O., Carlsson G., Hallin S. Intercropping affects genetic potential for inorganic nitrogen cycling by root-associated microorganisms in Medicago sativa and Dactylis glomerata. (manuscript)
IIGraf D.R.H.*, Zhao, M.*, Jones, C.M. and Hallin, S. 2016. Soil type overrides plant effect on genetic and enzymatic N₂O production potential in arable soils. Soil Biology and Biochemistry 100,125-128. (*contributed equally to the work)
IIIGraf D.R.H, Zhao, M., Carlsson, G., Jones, C.M. and Hallin, S. Composition and activity of N₂O-reducing communities associated with roots of Medicago sativa and Dactylis glomerata during intercropping. (manuscript)
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Plant Biology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8674-9
ISBN for electronic version:978-91-576-8675-6
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:P Natural resources > P33 Soil chemistry and physics
Subjects:Obsolete subject words > FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING > Soil science > Soil biology
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 405 Other Agricultural Sciences > Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Agrovoc terms:nitrogen cycle, microbial ecology, nitrogen fixation, nitrification, nitrous oxide, intercropping, soil properties
Keywords:nitrogen cycling, agricultural management practices, microbial community, nitrogen fixation, nitrification, denitrification, nitrous oxide, plant, intercropping, soil, fertilizer
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3615
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-3615
ID Code:13584
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Department of Plant Biology (from 140101)
Deposited By: Mrs Ming Zhao
Deposited On:22 Aug 2016 12:07
Metadata Last Modified:06 Sep 2016 12:14

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits