Účinky termiti růst na rozklad opadu: modelování přístupu

Mikrobiální dynamics

tento model, předpokládáme, že vrh zabudování (l) je tlačen termiti. Jakmile je vrh v jednom z kompartmentů, mikrobiální populace by se mohla vypořádat se substrátem. Předpokládali jsme, že rozklad substrátu je řízen bakteriální (b) společenství růstu, tedy:

$$- \frac{{{\text{d}}l}}{{{\text{d}}t}} \propto \frac{{{\text{d}}T}}{{{\text{d}}t}}.$$

studovali jsme dvě možnosti: první je, že bakterie shromáždily jeden substrát, aby vytvořily kompozit. Druhou možností je využití komplexního substrátu k výrobě nové biomasy.

část komplexu (s) je absorbován přes bakterie a používá se v aktivní metabolismus a růst bakterií společenství. Studie (Neill a Gignoux 2006) nabízí aplikace, ve stejném kontextu, ve kterém se předpokládá, že model dává biomasy krocích:

$$\frac{{{\text{d}}b}}{{{\text{d}}t}} = \mu x.$$
(1)

předpokládáme, že x = B, když biomasa má dostatek substrátu a exponenciálně roste specifickým tempem \(\mu\). Naopak, pokud je celý substrát komplexován mikrobiálními,pak x = (s/ν), s ν koeficientem stechiometrie. Tento substrát je nakonec spotřebován mikrobiálními. V tomto případě máme:

$$ \ frac {{{\text{d}}s}} {{{\text{d}}t}} = – \mu \nu x = – \ mu \nu s.$$
(2)

rovnice má určitou závislost na b a s; jak je znám, může být vyjádřen jako v (Neill a Gignoux 2006) jako:

$$(b – x)(l – \nu x) = x/k,$$
(3)

s k afinitu dané termiti populace pro daný vrh. Komplex (x) se bude lišit, proto se používá v komoře houbového hřebenu nebo v půdním prostředí.

houba, hřeben komory: \(b \gg (l/\nu )\), biomasa není omezující, ale je to vrh příjem, který omezuje rozklad, Eq. (3) vede k x = (Tl)/((1 / k) + \(\nu t\)).

v půdě, (l/\(\nu\)) ≫ T, biomasa je omezující, Eq. (3) vede k x = (Tl)/((1 / k) +l). Pak můžeme vyjádřit Eq. (1) jako:

$${\text{d}}b_{f} /{\text{d}}t = \mu_{f} \;{\text{v houba, hřeben komory;}}$$
(4)

$${\text{d}}b_{s} /{\text{d}}t = \mu_{s} \;{\text{v degradované půdy}}.$$
(5)

Jak bylo předpokládáno, když jsme se spustit, my máme rychlý podstatný růst mikroorganismů v průběhu první 1 měsíc v houba, hřeben komory ve srovnání s půdním prostředí (Obr. 3). Pic rychlosti mikrobiálního růstu byly získány o 6 měsíců později v komoře houbového hřebenu. Ale v půdě se pic zúčastnil po 10 měsících.

br. 3

obrázek 3

Časové růstu mikroorganismů

Houba, hřeben komory jsou známo, že podporují růst vybraných a případně specializovaných společenství komenzálních bakterií a hub (Artursson et al. 2006; Fallah et al. 2017; Vesala a kol. 2017), což může zase ovlivnit rozklad podestýlky. V komoře s houbovým hřebenem byl rozklad zesílen 26.8%, což představovalo 81,7% celkového procesu. Na rozdíl od půdy trval mikrobiální růst více času než v komoře s houbovým hřebenem. Mikroklima vytvořené v houba, hřeben komory může vysvětlit pozorované rozdíly v rozkladu kurz mezi dvěma prostředími. Změny rychlosti rozkladu jsou tedy spojeny s klimatem. Tato zjištění naznačují, že rychlejší rozpad může být charakteristickým znakem růstu mikroorganismů. Tento výsledek je v souladu s podrobnou analýzou Poulsen et al. (2014) o rozkladu listů s houbovou komunitou. Další vysvětlení je, že houby jsou považovány za nejvíce aktivní rozkladači komplexních rostlinných biopolymerů, protože jejich schopnost produkovat širokou škálu extracelulárních enzymů, které jim umožní efektivně prolomit vzpurné lignocelluloses (Wietse et al. 2005; Frouz 2018). Kromě toho, specifické aktivity mikrobiální populace, aby termit vynikající modelové systémy pro studium funkční interakce v rámci organizované mikrobiální společenství.

dynamika vrhu

aby se fyziologické rysy jednotlivých populací (rychlost růstu a dýchání) přesunuly mimo mikrobiální kompartmenty, musí být spojeny s potravou, o kterou soutěží. Pak, pro mikrobiální společenství B s údržbou, část uhlíku v komplexovaném substrátu musí být přidělena na poplatky za údržbu. Dejte nám určit \(y_{c}\) jako oxid výnosy z mikrobiální populace B s ohledem na vrh l, \(m_{x}\) a \(m_{t}\), které jsou, respektive, údržba koeficient a rychlost obratu koeficient biomasy.

celková míra změn v aktivní vrh v houba, hřeben komory a v půdě je dána tím, že:

$${\text{d}}a l_{f} /{\text{d}}t = – \mu_{f} \frac{{x_{f} }}{{y_{c} }} + \left( {1 – m_{x} } \right)m_{tf} b_{f} ;$$
(6)

$${\text{d}}a l_{s} /{\text{d}}t = – \mu_{s} \frac{{x_{s} }}{{y_{c} }} + \left( {1 – m_{x} } \right)m_{ts} b_{s} .$$
(7)

Nicméně, získat lepší místo, rádi bychom se odkazovat na zájem čtenáře, přesněji do Neill a Gignoux (2006) papíru. Použité hodnoty jsou sekundární údaje z přehledu literatury: (Neill and Gignoux 2006; Dorado et al. 2008), who nahrazující kinetiku substrátu mikrobiální kinetikou, která vytvořila modelové chování, velmi podobné této studii.

Mikrobiální populace rostoucí na podobných nerozpustných substrátů při různých teplotách by se mělo zobrazit podobné různé specifické rychlosti růstu (\(\mu\)). Obvykle, modely rozkladu přiřazují jakémukoli substrátu při maximální specifické rychlosti rozpadu. V komoře houbového hřebenu je rozpad maximální rychlostí (kmax); zatímco je v půdě minimální rychlostí (obr. 4).

br. 4

figure4

Odhady rychlosti rozkladu opadu

určit, jak mikroorganismy se liší ve dvou sloučenin, data z kontinuální kultury aerobní a anaerobní kmeny na celulóza byla zkoumána ze studie Lynd et al. (2002).

domníváme se, že většina základních procesu je udržování aktivní mikrobiální biomasy, což znamená, že nejdůležitějším požadavkem mikrobů je jejich zdroj živin. Výsledkem je, že rozklad je primárně poháněn přístupností uhlíku a sekundárně dostupností živin. Sekundárním omezením rozkladu je půdní mikroklima (vlhkost a teplota) (Moncrieff et al. 2013; Iriany et al. 2018). Obrázek 4 odhalil velmi rychlý sazby rozkladu v houba, hřeben komory a velmi nízká rozklad sazby v degradované půdě.

Účinky teploty a vlhkosti na rozklad

Když jsme integrované rozdíl mikroklima ve dvou oddílů, potenciál rozkladu rovnice pro jeden substrát je:

$$k = k_{ \h{max} } \cdot f\left( {T_{Y} } \right) \cdot f(w_{s} ),$$
(8)

, kde \(k_{ \h{max} }\) je konstantní sazba rozkladu SOM, \(T_{S}\) a \(w_{s}\) jsou funkce popisující vliv teploty a vlhkosti na rychlost rozkladu.

$$f \ left ({T_{S} } \right) = – 0. 009076T_{s}^{2} + 0.473431T_{s} – 1.634147 ,$$
(9)

vliv teploty, \(T_{y}\), je bezrozměrné číslo mezi 0 a 1 a vypočítána podle následující funkční podobě \(T_{y} = \frac{{T – T_{ \h{min} } }}{{T_{ \h{max} } – T_{ \h{min} } }}\) Parton et al. (1987).

rovnici vlhkosti půdy jsme odvodili ze srovnání citlivosti houbových a bakteriálních komunit na změny vlhkosti půdy v Kaisermann et al. (2015). \(W_{s}\) se také počítá podle Parton et al. (1987):

$$f \ left ({W_{s} } \right) = – 4.4566W_{s}^{2} + 5. 0350w_{s} – 4.4566.$$
(10)

Nechť \(k_{s}\) je rychlost v půdním prostoru. V houba, hřeben komory, je vyšší, protože mikroklima (teplota půdy zůstává nízká a vysoká vlhkost) vytvořené termiti, na rozdíl od \(k_{s}\) na degradované půdě sloučeniny rychlost rozkladu (Tabulka 1).

$$k_{f} = k_{ \h{max} } \cdot f(T_{y} )_{f} \cdot f(w_{s} )_{f} ,$$
$$k_{s} = k_{ \h{max} } \cdot f(T_{y} )_{y} \cdot f(w_{s} )_{s} .$$
Tabulka 1 Rozklad sazby ve dvou oddílů (houba, hřeben komora a půdní prostředí)

Půdního uhlíku a dusíku předpovědi

Předpověděl uhlíku rychlost

Předpokládat, že biomasa bazén roste , ztrácí \(D_{b}\) ředěním a také otáček za \(m_{t} b\). Pak máme následující rovnici:\({\text{d}}b / {\text{d}}t = I – \ left ({m_{t} + D} \right)*b\). Z této rovnice, víme, že maximální dosažitelná rychlost ředění Dmax se rovná maximální specifické rychlosti růstu minus její rychlost obratu, mt. Předpokládejme, že celkový tok spotřeby uhlíku se rovná součtu růstu souvisejícího toku spotřeby uhlíku a udržovacího dýchání. Pak máme následující rovnici:

$$\mu \frac{x}{{y_{c} }} = \mu \frac{x}{{y_{{c{ \h{max} }}} }} + m_{c, b}.$$
(11)

Jsme předpokládali, že ti, tavidla by se zjistit, všechny ostatní toky přes stechiometrické vztahy. Vydělením µx rovnice µx a předpokládali jsme, že dosažená specifická rychlost růstu D + mt se rovná µxb v ustáleném stavu. To dává:

$$\frac{{dy_{c} }}{dt} = \frac{1}{{y_{{c{ \h{max} }}} }} + \frac{{m_{c} }}{{D + m_{t} }},$$
(12)

, kde \(y_{c}\) je oxid výnos.

množství půdního uhlíku v ustáleném stavu (Css) je popsáno Eq. 12:

V degradovaných lokalit, vrhu byla odhadnuta na rozloží 2-10 krát pomaleji než houba, hřeben komory (Obr. 5). Rozklad podestýlky nesouvisel s úrodností půdy; vzhledem k tomu, že to souviselo s existencí houbovitých komor.

br. 5

figure5

Předvídat uhlíku rychlost

Tam byla významná korelace mezi předpokládanou uhlíku v půdě a růst mikroorganismů. To naznačuje, že předpokládaný uhlík byl relativně citlivý na růst termitů. Poulsen et al. (2014) testoval potenciál makro-fauny, který má být použit jako index úrodnosti půdy. Navíc, indexy nebo druhů půdní fauny se používá pro označení změny v úrodnosti půdy nabízejí slibné prostředky pro vědce, jak měřit efektivitu prosazování termiti růst a umožňují lépe informováni reakce v řešení nových problémů, pokud se vyskytnou (Moorhead a Sinsabaugh 2006).

Předpověděl dusíku skladem

dusík skladem je napájen příliv \(Dn_{0}\) a vyčerpány oba ředění efluxní a růst spotřeby tok, \(D_{n}\) a \(I/4y_{n}\), resp. Část toku spotřeby dusíku jde do bazénu odpadu dusíku a činí ((1 – \(y_{n}\)) / 4 \(y_{n}\)).I. zásoby dusíkatého odpadu jsou vyčerpány také ředicím výtokem d\(w_{n}\). Nakonec bazén biomasy roste o I, ztrácí \(d_{b}\) zředěním a také se otočí o \(m_{t} b\). Obhájili jsme následující rovnici:

$$\frac{{{\text{d}}y_{n} }}{{{\text{d}}t}} = \frac{{(1 – w_{n} )}}{{4w_{n} }} + m_{t} \frac{b}{4} – Dw_{n} .$$
(13)

Po 4 měsících mulčování, sazba, N je null, podobně jako v degradované půdě prostoru jako houba, hřeben komora, ale výrazně zvýšil (12000 g cm−1) v houba, hřeben komory na 5-10 měsíců (Obr. 6); zatímco je stále null v degradované půdě.

br. 6

figure6

Předvídat dusíku rychlost

Předvídat dusíku významně koreluje s mikroorganismů, bez ohledu na časové období. Pozorované rozdíly v klimatu by tyto rozdíly dále zdůrazňovaly. Aktivita termitů byla pravděpodobně dalším přispěvatelem k rozdílu mezi komorou houbovitých hřebenů a půdním prostředím. Několik studií prokázalo významné zvýšení mikrobiální biomasy termity, zatímco jiné zjistily opačný účinek (Adair et al. 2008; Jouquet et al. 2018). To znamená, že termiti stimulují relativně neaktivní mikrobiální Společenství a urychlují recyklaci půdy (Frouz 2018).

funkce a přímé dopady růstu termitů jsou důležitější při rozkladu organického materiálu (Jouquet et al . 2014; Dangles a Casas 2019). Pro vyhodnocení integrovaných změn v sekvestraci uhlíku a úrodnosti půdy by se tedy termity měly používat v kombinaci s mikroorganismy.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.