CÁC LƯỚI THỨC ĂN KHÁC NHAU NHƯ THẾ NÀO?
Mỗi mảnh đất, cánh rừng, cánh đồng chăn thả có một Lưới Thức Ăn duy nhất với một tỉ lệ duy nhất của vi khuẩn, nấm và các nhóm khác, và một mức độ duy nhất của Độ Phức Tạp trong mỗi nhóm sinh vật. Những sự khác biệt này là kết quả của đất, thảm thực vật và các yếu tố khí hậu cũng như các thực tiễn quản lý đất.
CÁC CẤU TRÚC LƯỚI THỨC ĂN THÔNG THƯỜNG
"Cấu trúc" của một Lưới Thức Ăn là thành phần và số lượng tương ứng của các sinh vật trong mỗi nhóm trong đất. Mỗi loại hệ sinh thái có một cấu trúc Lưới Thức Ăn đặc trưng
(xem bảng số lượng thường thấy của các sinh vật trong đất). Một số đặc trưng của các cấu trúc Lưới Thức Ăn gồm:
Tỉ lệ nấm so với vi khuẩn là đặc trƣng cho kiểu hệ thống. Các đồng cỏ và đất nông
nghiệp thường có các Lưới Thức Ăn với vi khuẩn áp đảo, nghĩa là hầu hết sinh khối ở
dạng vi khuẩn. Đất nông nghiệp có năng suất cao thường có tỉ lệ nấm so với vi khuẩn gần
1:1 hoặc nhỏ hơn một chút. Đất rừng có khuynh hướng có các Lưới Thức Ăn với nấm áp
đảo. Tỉ lệ của nấm so với vi khuẩn có thể từ 5:1 đến 10:1 trong một khu rừng rụng lá hàng năm và 100:1 đến 1000:1 trong các khu rừng lá kim.
Các sinh vật phản ánh nguồn thức ăn của chúng. Ví dụ, động vật đơn bào có rất nhiều
ở nơi có nhiều vi khuẩn. Nơi vi khuẩn áp đảo nấm, các loại tuyến trùng ăn vi khuẩn nhiều hơn các loại tuyến trùng ăn nấm.
Các thực tiễn canh tác thay đổi các Lưới Thức Ăn. Ví dụ, trong các hệ thống nông nghiệp giảm/không cày, tỉ lệ nấm so với vi khuẩn tăng qua thời gian, và giun đất và động vật chân đốt tăng mạnh.
LƯỚI THỨC ĂN ĐƯỢC ĐO LƯỜNG NHƯ THẾ NÀO?
Các kỹ thuật đo lường được sử dụng để mô tả đặc trưng của một Lưới Thức Ăn gồm:
Đếm. Các nhóm sinh vật như vi khuẩn, động vật đơn bào, động vật chân đốt... hoặc các nhóm con, như các loại cho vi khuẩn ăn, cho nấm ăn, các loại tuyến trùng ăn thịt (ăn các sinh vật khác), được đếm và thông qua tính toán, có thể được chuyển đổi thành sinh khối
Đếm trực tiếp: đếm từng sinh vật bằng mắt thường hoặc bằng kính hiển vi. Tất cả các sinh vật đều có thể thếm được, hoặc chỉ những sinh vật hoạt động với vết huỳnh quang (fluorescent stain - một kỹ thuật dùng khi quan sát dưới kính hiển vi)
Plate count: đếm số lượng nhóm vi khuẩn hoặc nấm phát triển từ một mẫu (sample) đất
Đo lường mức độ hoạt động: hoạt động được xác định bằng cách đo lường số lượng phụ phẩm như CO2, được phát sinh trong đất, hoặc sự biến mất của các chất, như xác thực vật hoặc khí metan được sử dụng bởi một phần lớn cộng đồng hoặc bởi các nhóm sinh vật nhất định.
Các cách đo lường này phản ánh tổng lượng "công việc" mà toàn bộ các sinh vật làm. Tổng hoạt động sinh học là tổng của tất cả các hoạt động của tất cả các sinh vật, mặc dù chỉ một tỉ lệ nhất định sinh vật có hoạt động ở một thời điểm cụ thể.
Sự hô hấp - đo lường lượng CO2 sản sinh ra. Phương pháp này không phân biệt sinh vật nào (cây trồng, mầm bệnh, hoặc các sinh vật trong đất khác) đang sản sinh ra CO2
Tốc độ nitrat hóa - đo lường hoạt động của các loài tham gia vào sự chuyển hóa Am Môn thành Nitrat
Tốc độ phân hủy - đo lường tốc độ biến mất của chất hữu cơ
Đo lường các thành phần của tế bào. Tổng sinh khối của tất cả các sinh vật trong đất hoặc các đặc điểm cụ thể của cộng đồng có thể được suy ra bằng việc đo lường các thành phần của các sinh vật như sau:
Sinh khối carbon, ni-tơ và phốt-pho - đo lường lượng dinh dưỡng trong các tế bào sống, từ đó có thể được dùng để ước lượng tổng sinh khối của các sinh vật. Khử trùng bằng Chloroform là một phương pháp phổ biến được dùng để ước lượng lượng carbon hoặc ni-tơ chứa trong tất cả các sinh vật trong đất
Enzymes - đo lường các enzyme trong các tế bào sống hoặc bám vào đất. Các khảo nghiệm có thể được dùng để ước lượng hoạt động tiềm tàng hoặc để mô tả đặc trưng của cộng đồng sinh học
Phốt-pho lipid và các lipid khác - cung cấp chỉ dấu của cộng đồng, và lượng hóa sinh khối của các nhóm như nấm hoặc các các actinomycetes
DNA và RNA - cung cấp một chỉ dấu của cộng đồng, và có thể dò tìm sự có mặt của các loài hoặc nhóm nhất định.
ĐỘ PHỨC TẠP LÀ GÌ?
Độ Phức Tạp của Lưới Thức Ăn là một yếu tố gồm cả số lượng loài và số lượng các loại khác nhau của các loài trong đất. Ví dụ, một loại đất có 10 loài tuyến trùng ăn vi khuẩn sẽ ít phức tạp hơn một loại đất với 10 loài tuyến trùng gồm các loài ăn vi khuẩn, ăn nấm và ăn thịt
Độ Phức Tạp có thể được quyết định một phần từ sơ đồ Lưới Thức Ăn như hình 4 (xem sơ đồ), cho thấy đất trong một cánh rừng Linh sam Douglas. Một ô của sơ đồ Lưới Thức Ăn biểu diễn một nhóm chức năng của các sinh vật thực thi các vai trò tương tự trong đất. Sự vận chuyển năng lượng được biểu diễn bằng các mũi tên trong sơ đồ và xảy ra khi các sinh vật ăn nhau. Các hệ sinh thái phức tạp có nhiều nhóm chức năng và nhiều sự vận chuyển năng lượng hơn các hệ thống đơn giản.
Số lượng của các nhóm chức năng giúp chuyển hóa năng lượng - trước khi năng lượng thoát khỏi đất - là khác nhau (và đặc trưng) cho mỗi hệ sinh thái (hình 5). Trong rừng linh sam Douglas (hình 4), năng lượng có thể trải qua hơn 20 lần chuyển từ sinh vật này qua sinh vật khác, hoặc giữa các nhóm chức năng. Ngược lại, một hệ thống canh tác ít xác bã thực vật sẽ không có khả năng bao gồm một số lượng lớn sinh vật ăn thịt ở phần bên phải
của sơ đồ Lưới Thức Ăn. Năng lượng & dinh dưỡng sẽ được tuần hoàn qua ít loại sinh vật hơn.
Các thực tiễn quản lý đất có thể thay đổi số nhóm chức năng - hoặc Độ Phức Tạp - trong đất. Các hệ thống được quản lý thường xuyên như đất canh tác có những số lượng nhóm chức năng khác nhau. Lựa chọn loại cây trồng, các thực tiễn cày đất, quản lý xác bã thực vật, sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, và tưới tiêu thay đổi môi trường sống của các sinh vật trong đất, và vì thế thay đổi cấu trúc và Độ Phức Tạp của Lưới Thức Ăn.
CÁC LỢI ÍCH CỦA ĐỘ PHỨC TẠP
Độ Phức Tạp về sinh học của một mảnh đất có thể phản ảnh các quá trình như tuần hoàn dinh dưỡng, sự định hình cấu trúc đất, các chu kỳ dịch bệnh và tốc độ phân hủy. Các nhà nghiên cứu chưa định nghĩa được mức Độ Phức Tạp bao nhiêu và loại Lưới Thức Ăn nào là tối ưu cho các quy trình này, trong các hệ sinh thái được quản lý.
Tuần hoàn dinh dƣỡng. Khi các sinh vật ăn thức ăn, chúng giá tăng sinh khối của chính chúng và thải ra chất thải. Chất thải quan trọng nhất cho cây trồng là Ammonium (NH4+). Ammonium và các chất dinh dưỡng sẵn dùng khác nhanh chóng được tiêu thụ bởi các sinh vật khác, gồm cả cây trồng. Khi một lượng lớn sinh vật hiện diện, dinh dưỡng có thể tuần hoàn nhanh hơn và thường xuyên hơn giữa các dạng mà cây trồng có thể và không thể sử dụng.
Giữ dinh dƣỡng. Ngoài việc khoáng hóa hoặc giải phóng ni-tơ cho cây, Lưới Thức Ăn có thể giữ lại ni-tơ trong giai đoạn cây không phát triển nhanh. Ni-tơ ở dạng chất hữu cơ và sinh khối của sinh vật ít sẽ di động và ít có khả năng bị mất khỏi vùng rễ hơn so với nitrat vô cơ (NO3) và Ammonium (NH4+).
Cải thiện cấu trúc, khả năng thoát nƣớc và giữ nƣớc. Nhiều sinh vật trong đất có liên quan đến sự định hình và ổn định của các kết cấu đất. Hoạt động của vi khuẩn, chất hữu cơ và các thuộc tính hóa học của hạt đất có vai trò chính trong việc tạo ra các tiểu phân từ các hạt đất rời rạc. Giun đất và động vật chân đốt ăn các cấu trúc nhỏ gồm các hạt khoáng và hữu cơ, và thải ra các hạt phân với các hợp chất từ ruột. Những hạt phân này trở thành một phần của cấu trúc đất. Nấm và các lông hút của rễ gắn kết với nhau giúp ổn định các kết cấu lớn hơn. Sự ổn định kết cấu được cải thiện cùng với những cái hang của giun đất và động vật chân đốt giúp tăng độ tơi xốp, sự thoát nước và khả năng giữ nước
Áp chế dịch bệnh. Một Lưới Thức Ăn phức tạp chứa các sinh vật khác nhau có thể cạnh tranh với các sinh vật gây bệnh. Các sinh vật cạnh tranh này có thể ngăn ngừa các mầm bệnh trong đất khỏi việc bám vào cây, ngăn ngừa mầm bệnh lấy thức ăn, nuôi sống các mầm bệnh khác hoặc sinh ra các chất chuyển hóa gây độc hoặc ức chế mầm bệnh
Phân giải các chất độc hại. Một vai trò quan trọng của đất là làm tinh khiết nước. Một Lưới Thức Ăn phức tạp gồm nhiều sinh vật tiêu thụ (phân hủy) nhiều chất độc hại khác nhau dưới những điều kiện môi trường đa dạng
Đa dạng sinh học. Lưới Thức Ăn càng phức tạp thì sự đa dạng sinh học càng cao. Sự đa dạng sinh học được đo lường bằng tổng số loài, cũng như số lượng của mỗi loài và số nhóm chức năng của các sinh vật
QUẢN LÝ và SỨC KHỎE CỦA ĐẤT
Đất khỏe hỗ trợ một cách hiệu quả cho sự phát triển của cây, bảo vệ chất lượng không khí và nước, và bảo đảm cho sức khỏe của con người và động vật. Cấu trúc vật lý, cấu tạo hóa học và các thành phần sinh học của đất cùng nhau quyết định độ tốt đất thực thi các chức năng này.
Trong mỗi hệ thống khỏe, Lưới Thức Ăn trong đất là một phần vô cùng quan trọng đối với các chức năng chính của đất bao gồm:
1. duy trì hoạt động, sự đa dạng và năng suất sinh học
2. điều hòa dòng chảy của nước và các chất dinh dưỡng được hòa tan
3. lưu trữ và tuần hoàn dinh dưỡng và các yếu tố khác
4. lọc, đẹp, phân hủy, cố định, giải độc các vật liệu hữu cơ và vô cơ, là những vật liệu có tiềm năng gây ô nhiễm
Sự tương tác giữa các sinh vật nâng cấp nhiều hoạt động trong số này.
Quản lý đất thành công đòi hỏi cách tiếp cận giúp bảo vệ tất cả tài nguyên, bao gồm đất, nước, không khí, cây trồng, động vật và con người. Nhiều chiến lược quản lý thay đổi môi trường sống trong & trên đất và Lưới Thức Ăn, và thay đổi chất lượng đất hoặc năng lực của đất để thực thi các chức năng của nó. Ví dụ một số thực tiễn thay đổi sự phức tạp và sức khỏe của đất gồm:
· So với một mảnh đất luân canh trong 2 năm, một mảnh đất 4 loại cây luân canh có đa dạng nguồn thức ăn hơn (gồm rễ và xác cây trên mặt đất), và vì thế có khả năng có nhiều loại vi khuẩn, nấm và các sinh vật khác hơn
· Một mảnh đất được cày cẩn thận có thể có ít môi trường sống cho động vật chân đốt hơn so với phần đất ở các ụ đất hoặc hàng rào
· Mặc dù mức độ tác động của thuốc trừ sâu bệnh lên các sinh vật trong đất là khác nhau, sử dụng nhiều thuốc trừ sâu bệnh sẽ thường làm giảm Độ Phức Tạp của Lưới Thức Ăn. Một ví dụ điển hình là sử dụng methyl bromide lặp lại nhiều lần đã loại bỏ hầu hết sinh vật trong đất ngoại trừ một vài loài vi khuẩn
SỰ HẤP THỤ CARBON
Các thực tiễn quản lý đất có thể được chọn để gia tăng số lượng carbon được hấp thụ như là chất hữu cơ và giảm lượng CO2, một loại khí nhà kính, giải phóng ra khí quyển.
Khi Lưới Thức Ăn trong đất phân hủy vật liệu hữu cơ, nó giải phóng carbon vào khí
quyển dưới dạng CO2, hoặc chuyển nó sang một số dạng chất hữu cơ trong đất. Các phần không bền hoặc hoạt động của chất hữu cơ tồn tại trong đất một vài năm. Các dạng ổn định nằm trong đất nhiều thập kỷ hoặc nhiều thế kỷ. Chất hữu cơ ổn định về mặt vật lý được bảo vệ trong các kết cấu đất mà các sinh vật đất tạo ra. Chất hữu cơ chuyển hóa thành humus là ổn định vì vi khuẩn và nấm đã giúp tạo nên các phân tử quá lớn và phức tạp để các sinh vật trong đất có thể phân hủy
NHÌN VỀ TƯƠNG LAI
Các chức năng của Lưới Thức Ăn là nền tảng cho sự phát triển của cây trồng và chất lượng của môi trường. Quản lý tài nguyên hiệu quả sẽ tích hợp các chiến lược nâng cấp Lưới Thức Ăn vào các hoạt động thường xuyên của nông trại, khu rừng và vườn nhà. Các nghiên cứu thêm sẽ xem xét các chức năng của Lưới Thức Ăn trong toàn thể hệ thống và sẽ hỗ trợ sự phát triển công nghệ. Công nghệ để đánh giá và duy trì các chức năng của Lưới Thức Ăn trong đất sẽ được phát triển để giúp chủ nông trại và các nhà nghiên cứu trong việc nâng cao năng suất và quản lý đất. Trong những năm tới, chúng ta có thể mong đợi những tiến bộ trong việc trả lời các câu hỏi về sinh học của đất như sau:
Lưới Thức Ăn khỏe mạnh là gì? Những sự đo lường hoặc quan sát nào có thể được sử dụng để quyết định có hay không một cộng đồng sinh học là có lợi cho một mục đích sử dụng đất. Độ Phức Tạp nào là tối ưu để đất trồng trọt, chăn thả và đất rừng có năng suất cao và bền vững
Đếm số loài hay loại sinh vật là có ích hơn? Cuôn sách này chia các sinh vật trong Lưới Thức Ăn thành 6 nhóm. Có được một sự cân bằng tối ưu của các nhóm này là một cách tiếp cận trong việc quản lý Lưới Thức Ăn. Mặt khác, việc xác định các loài và Độ Phức Tạp trong mỗi nhóm có thể cung cấp những thông tin hữu ích về sức khỏe và năng suất tiềm năng của đất.
Sinh học của đất sẽ được quản lý như thế nào? Trong tương lai, người quản lý đất có thể dự đoán chính xác hơn tác động của các quyết định quản lý như thời điểm cày, bón các loại phân trộn khác nhau hoặc sử dụng một loại thuốc trừ sâu bệnh nhất định. Họ có thể chọn các thực tiễn với mục đích tạo ra những thay đổi cụ thể đối với thành phần của Lưới Thức Ăn
Chi phí và các l ợi ích của việc quản lý các chức năng sinh học của đất là gì? Chi phí để có được một cộng đồng sinh vật trong đất có mức đa dạng hoặc phức tạp cao cần được xác định. Chi phí này có thể được so sánh với các lợi ích của các chức năng sinh học được cung cấp như tuần hoàn dinh dưỡng, áp chế dịch bệnh và cải thiện cấu trúc đất.