Επίδραση της τεχνητής μεταβολής των εδαφικών συνθηκών στη σύνθεση της εδαφοπανίδας

Abstract

Soil nematodes constitute a good tool for assessing the quality of agricultural soils due to their biological and ecological characteristics. Nematode community changes may provide information on disturbances of agro-ecosystems. In this thesis, the effects of changing soil conditions, induced by conventional and organic farming practices, on the soil nematode community, were investigated. In the 1st chapter, the effect of chemical disinfection, one of the strongest pressures on cultivated soils, on the nematode community was described and compared to the effect of an alternative type of disinfection, i.e. with a mixture of organic plant-based disinfectants. For this purpose, an experiment was conducted in a field cultivated conventionally with shell beans (Phaseolus vulgaris L.) for many years. Different plots within the field were disinfected either with metham sodium or with a mixture of organic disinfectants, while control plots that were just tilled but received no disinfectant were also included in the study. One month after treatments, the quantitative parameters of nematode communities (abundance of trophic and functional groups, nematode indices, diversity), as well as the changes in the network of interactions among nematode genera, were studied. Chemical disinfection reduced the abundance of all trophic groups. The only group that recovered one month after treatment was the one of cp 1 bacterivores. The reduction of the dominant genus, namely the phytoparasite Paratylenchus, led to a change of the dominance pattern and increased diversity. Regarding the network of interactions between nematode genera, chemical disinfection led to smaller, less complex networks, with increased importance of the dominant Paratylenchus. Organic disinfection, and to a lesser extent tillage, increased the abundance of nematodes that feed on decomposers, mainly the one of cp 1 bacterivores. In both cases, diversity increased due to increased number of genera and increased abundance of non dominant genera. Thus, the interaction networks became larger, more complex, with reduced importance of the dominant Paratylenchus. In the 2nd chapter, the changes of nematode community pattern within the first year of transition from conventional to organic cultivation system and within the first year of fallow were studied. The study focused on the quantitative parameters of nematode communities (abundance of trophic and functional groups, nematode indices, diversity), as well as on the changes in the network of interactions among nematode genera. The conversion of bean cultivations from conventional to organic resulted in the increase of bacterivorous nematodes, especially the cp 1 ones, and consequently in the reduction of Maturity Index and Channel Index and in the increase of Enrichment Index. In conventional plots, the phytoparasite Paratylenchus was always the dominant genus of the community, while in organic plots it became dominant only in the end of the cultivation period, when its abundance increased on the expense of the cp 1 bacterivores Diploscapter and Rhabditis. The opposite temporal trends of abundance of the cp 1 bacterivores and of the phytoparasite Paratylenchus determined the changes in dominance patters and consequently the changes in diversity. Regarding the networks of interactions among genera, no significant differences between conventional and organic plots were recorded. For both cultivation regimes, the networks were large, relatively simple, with increased importance of the dominant genus, and many peripheral genera being related only with the central genus. Fallow resulted in the reduction of all the trophic groups that are favored either by seasonal agricultural practices (microbivores) or by the presence of the host plant (phytoparasites). Moreover, fallow led to decreased number of genera. However, nematode indices failed to distinguish the cultivated plots from those under fallow, possibly because one cultivation period was not enough time. The interaction networks, though, were quite different from those in cultivated plots. They became smaller but quite complex, with increased relations between genera and reduced importance of the dominant genus. In the last chapter, the effect of the management regime (organic-conventional farming) on the community recovery after disturbance was studied. For a whole cultivation period, we studied the gradual recovery of the nematode community in experimental plots that received the disinfection treatments described in the 1st chapter and were subsequently cultivated with beans either conventionally or organically. The application of manure in organic plots seemed to alter the negative effect of chemical disinfection on fungivores and non-parasitic plant feeders, whereas in conventional plots these trophic groups did not ever recovered...

Οι εδαφικοί νηματώδεις αποτελούν ένα καλό εργαλείο εκτίμησης της ποιότητας των γεωργικών εδαφών, εξαιτίας των βιολογικών και οικολογικών χαρακτηριστικών τους. Οι μεταβολές της βιοκοινότητας τους μπορούν να δώσουν πληροφορίες για τις πιέσεις που δέχονται τα αγρο-οικοσυστήματα από τις διαταραχές. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής διερευνήθηκαν οι επιδράσεις της μεταβολής των εδαφικών συνθηκών, που επάγουν οι συμβατικές και οργανικές καλλιεργητικές πρακτικές, πάνω στη βιοκοινότητα των νηματωδών. Στο 1ο κεφάλαιο, αξιολογείται η επίδραση της χημικής απολύμανσης πάνω στη βιοκοινότητα των νηματωδών, μιας από τις ισχυρότερες διαταραχές που δέχονται τα καλλιεργημένα εδάφη, σε σχέση με μια εναλλακτικού τύπου απολύμανση με μίγμα οργανικών απολυμαντικών φυτικής προέλευσης. Γι’ αυτόν τον λόγο ένα πείραμα εγκαταστάθηκε σε αγρό που καλλιεργούνταν συμβατικά για αρκετά χρόνια με φασόλια (Phaseolus vulgaris). Ο αγρός χωρίστηκε σε επιφάνειες που απολυμάνθηκαν είτε χημικά με metam sodium, είτε με μίγμα οργανικών απολυμαντικών, ενώ στο πειραματικό σχέδιο συμπεριλήφθηκαν και επιφάνειες που απλώς οργώθηκαν, χωρίς να δεχθούν απολυμαντικά. Μελετήθηκαν οι επιπτώσεις των απολυμαντικών χειρισμών, ένα μήνα μετά την εφαρμογή τους, στις ποσοτικές παραμέτρους της βιοκοινότητας των νηματωδών (αφθονίες τροφικών και λειτουργικών ομάδων, δείκτες βιοκοινότητας νηματωδών, ποικιλότητα), καθώς και οι μεταβολές που επιφέρουν στα δίκτυα των σχέσεων ανάμεσα στα γένη. Η χημική απολύμανση μείωσε την αφθονία όλων των τροφικών ομάδων. Η μόνη ομάδα που ανέκαμψε ένα μήνα μετά ήταν αυτή των βακτηριοφάγων με τιμή cp 1. Η μείωση του κυρίαρχου γένους, δηλαδή του φυτοπαράσιτου Paratylenchus, οδήγησε σε αλλαγή του προτύπου κυριαρχίας και αύξηση της ποικιλότητας. Όσον αφορά το δίκτυο των σχέσεων των νηματωδών, η χημική απολύμανση οδήγησε σε μικρότερα, λιγότερο πολύπλοκα δίκτυα, όπου η επιρροή του κυρίαρχου Paratylenchus ήταν πολύ μεγάλη. Η οργανική απολύμανση και σε μικρότερο βαθμό το όργωμα αύξησαν την αφθονία των νηματωδών που τρέφονται με αποικοδομητές, και κυρίως των cp 1 βακτηριοφάγων. Και στις δύο περιπτώσεις αυξήθηκε η ποικιλότητα, γιατί αυξήθηκε ο αριθμός των γενών και η αφθονία των μη κυρίαρχων γενών. Έτσι, τα δίκτυα των σχέσεων έγιναν μεγαλύτερα, πιο πολύπλοκα, με μειωμένη επιρροή του κυρίαρχου γένους Paratylenchus. Στο δεύτερο κεφάλαιο διερευνήθηκαν οι μεταβολές της βιοκοινότητας των νηματωδών κατά τον πρώτο χρόνο μετάβασης από συμβατικό σε οργανικό καλλιεργητικό καθεστώς και κατά τον πρώτο χρόνο αγρανάπαυσης. Μελετήθηκαν οι επιπτώσεις του καλλιεργητικού καθεστώτος στις ποσοτικές παραμέτρους της βιοκοινότητας των νηματωδών (αφθονίες τροφικών και λειτουργικών ομάδων, δείκτες βιοκοινότητας νηματωδών, ποικιλότητα), καθώς και οι μεταβολές που επιφέρουν στα δίκτυα των σχέσεων ανάμεσα στα γένη. Η μετατροπή των συμβατικών καλλιεργειών σε οργανικές είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση των βακτηριοφάγων νηματωδών, και κυρίως αυτών με τιμή cp 1, η οποία προκάλεσε τη μείωση του δείκτη ωριμότητας MI και του δείκτη μονοπατιού αποικοδόμησης CI και την αύξηση του δείκτη εμπλουτισμού EI. Στις συμβατικές καλλιέργειες, το κυρίαρχο γένος της βιοκοινότητας ήταν συνεχώς το φυτοπαράσιτο Paratylenchus, ενώ στις οργανικές καλλιέργειες η κυριαρχία του εδραιώθηκε μόνον στο τέλος της καλλιεργητικής περιόδου, όταν η αφθονία του υπερέβη αυτήν των cp 1 βακτηριοφάγων Diploscapter και Rhabditis. Οι αντίστροφες τάσεις της αφθονίας των cp 1 βακτηριοφάγων και του φυτοπαράσιτου Paratylenchus στον χρόνο καθόρισαν τις μεταβολές των προτύπων κυριαρχίας και επομένως της ποικιλότητας. Όσον αφορά τα δίκτυα σχέσεων μεταξύ των γενών, η οργανική καλλιέργεια δεν διαφοροποιήθηκε πολύ από τη συμβατική. Και στους δύο τύπους καλλιέργειας, τα δίκτυα ήταν μεγάλα αλλά σχετικά απλά, με μεγάλη επιρροή του κυρίαρχου γένους και πολλά γένη να κατέχουν περιφερειακές θέσεις και να σχετίζονται μόνον με το κεντρικό γένος. Η παύση της καλλιέργειας είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση όλων των τροφικών ομάδων, οι οποίες ευνοούνται είτε από εποχικές καλλιεργητικές πρακτικές (μικροβιοφάγοι) είτε από την παρουσία του φυτού ξενιστή (φυτοπαράσιτα). Επίσης οδήγησε σε μείωση των γενών. Παρόλα αυτά, οι δείκτες βιοκοινότητας νηματωδών δεν κατάφεραν να διακρίνουν τις καλλιεργημένες επιφάνειες από αυτές σε καθεστώς αγρανάπαυσης, πιθανόν γιατί απαιτείται παύση της καλλιέργειας μεγαλύτερη του ενός έτους. Τα δίκτυα σχέσεων όμως διαφοροποιήθηκαν από αυτά στις καλλιεργημένες επιφάνειες. Έγιναν μικρότερα αλλά αρκετά πολύπλοκα, με αυξημένες σχέσεις ανάμεσα στα γένη και με μειωμένη επιρροή του κυρίαρχου γένους...