نبذة مختصرة : La producció agrícola i ramadera cobreix una tercera part de la superfície terrestre i és essencial pel subministrament d'aliments. Els enzims del sòl, i de manera particular les fosfomonosterases àcides (ACP) i alcalines (ALP) (conegudes col·lectivament com a APase), juguen un paper cabdal en la transformació dels elements del sòl. L'ACP és produïda per les plantes i els microorganismes i s'activa en sòls àcids/neutres amb un pH ≤ 7. L'ALP és produïda pels microorganismes i animals i s'activa en sòls bàsics amb un pH ≤ 7. El fòsfor (P) és un macronutrient vital per a la productivitat dels cultius, absorbit principalment com ortofosfat, i les APase transformen el P no assimilable en format orgànic en formes assimilables, essencials per al creixement de les plantes. Molts estudis han avaluat la resposta de l'activitat de les APase als efectes climàtics, les propietats del sòl, la gestió i la contaminació en diferents ecosistemes. No obstant això, aquesta és la primera avaluació global d'aquests factors en sòls agrícoles. En aquesta tesi, es resumeixen els factors que influencien l'activitat de les APase en aquests sòls i els aspectes que els mancaria més investigació. Es destaca que les terres llaurables, amb pertorbació humana intensiva i que reben menys inputs de matèria orgànica, experimenten efectes induïts per la gestió en la seva activitat juntament amb una forta influència del clima i les espècies classificades per famílies. En particular, les pràctiques agrícoles com la rotació de cultius, la fertilització orgànica, la llaurada reduïda o la no llaurada i l'ús de l'aigua, afecten positivament l'activitat de les APase i, per tant, poden augmentar el P disponible en el sòl per al desenvolupament òptim dels cultius. A més, per primera vegada a escala global, s'ha demostrat una relació positiva entre el rendiment dels cultius i l'activitat de les APase. Els resultats també han establert que comprendre les respostes dels enzims relacionats amb el cicle de P incrementa potencialment la productivitat dels cultius i la sostenibilitat mitjançant pràctiques que també promoguin la salut del sòl a nivell global. A més, es presenta un estudi local sobre prats fertilitzats. Es verifica l'efecte de la fertilització orgànica en l'activitat de l'ACP i l'ALP del sòl, la disponibilitat de fòsfor i el rendiment del farratge en prats permanents de muntanya, amb resultats inesperats. En aquest cas concret, l'efecte del purí va reduir l'activitat de l'ACP, no va afectar l'activitat de l'ALP i fins i tot va disminuir el P disponible en el moment del mostreig. A més, el rendiment del prat no es va relacionar amb l'activitat de les APase. En resum, aquesta tesi subratlla la importància de l'activitat de l'ACP i l'ALP en la productivitat agrícola i posa de manifest la necessitat de més recerca sobre les pràctiques de gestió que afecten l'activitat de les APase, la disponibilitat de P i els rendiments dels cultius.
نبذة مختصرة : La producción agrícola y ganadera cubre una tercera parte de la superficie terrestre y es esencial para el subministro de alimentos. Las enzimas del suelo, en particular las fosfomonosterasas ácidas (ACP) y alcalinas (ALP) (conocidas colectivamente como APase), desempeñan un papel crucial en la transformación de los elementos del suelo. La ACP es producida por las plantas y los microorganismos y se activa en suelos ácidos/neutros con un pH ≤ 7. La ALP es producida por los microorganismos y animales y se activa en suelos básicos con un pH ≤ 7. El fósforo (P) es un macronutriente vital para la productividad de los cultivos, absorbido principalmente como ortofosfato, y las APase transforman el P no asimilable en forma orgánica en formas asimilables, esenciales para el crecimiento de las plantas. Muchos estudios han evaluado la respuesta de la actividad de las APase a los efectos climáticos, las propiedades del suelo, la gestión y la contaminación en diferentes ecosistemas. Sin embargo, esta es la primera evaluación global de estos factores en suelos agrícolas. En esta tesis, se resumen los factores que influyen en la actividad de las APase en estos suelos y los aspectos que necesitan más investigación. Se destaca que los cultivos, con perturbación humana intensiva y menos inputs de materia orgánica, experimentan efectos inducidos por la gestión en su actividad junto con una fuerte influencia del clima y las especies clasificadas por familias. En particular, prácticas agrícolas como la rotación de cultivos, la fertilización orgánica, la labranza reducida o no labrada y el uso del agua, afectan positivamente la actividad de las APase y, por lo tanto, pueden aumentar el P disponible en el suelo para el desarrollo óptimo de los cultivos. Además, por primera vez a escala global, se ha demostrado una relación positiva entre el rendimiento de los cultivos y la actividad de las APase. Los resultados también han establecido que comprender las respuestas de las enzimas relacionadas con el ciclo de P aumenta potencialment la productividad de los cultivos y la sostenibilidad mediante prácticas que también promueven la salud del suelo a nivel global. Además, se presenta un estudio local sobre prados fertilizados. Se verifica el efecto de la fertilización orgánica en la actividad de la ACP y ALP del suelo, la disponibilidad de fósforo y el rendimiento del forraje en prados permanentes de montaña, con resultados inesperados. En este caso concreto, el efecto del estiércol redujo la actividad de la ACP, no afectó la actividad de la ALP e incluso disminuyó el P disponible en el momento del muestreo. Además, el rendimiento del prado no se relacionó con la actividad de las APase. En resumen, esta tesis subraya la importancia de la actividad de la ACP y ALP en la productividad agrícola y destaca la necesidad de más investigación sobre las prácticas de gestión que afectan la actividad de las APase, la disponibilidad de P y los rendimientos de los cultivos.
Agricultural and livestock production cover a third of Earth’s land and are essential for food supply. Soil enzymes, particularly acid (ACP) and alkaline (ALP) phosphomonoesterases (collectively known as APase), play a critical role in transforming elements in the soil. ACP is produced by plants and microorganisms and is active in acid/neutral soils with pH ≤ 7. ALP is produced by microorganisms and animals and is active in basic soils with pH ≤ 7. Phosphorus (P) is a vital macronutrient for crop productivity, absorbed mainly as orthophosphate and APase transform non-assimilable P from organic material into assimilable forms, essential for plant growth. Numerous studies have examined APase activity in response to climatic effects, soil properties, management and pollution across ecosystems. However, this is the first global assessment of these factors in agricultural soils. In this thesis, the factors influencing APase activity in these soils and the existing knowledge gaps are summarized. It highlights that croplands, with intensive human disturbance and reduced organic matter inputs, experience management-induced effects on its activity together with a strong link with climate and crop species families. Particularly, agricultural practices such as crop rotation, organic fertilization, reduced/non-tillage, and water use positively affect APase activity and thereby potential increase soil available P for optimal crop development. Furthermore, for the first time on global scale, crop yield has shown a positive relationship with APase activity. The results further established that understanding P-enzyme responses has the potential to enhance crop productivity and sustainability through practices that also promote soil health globally. Additionally, a local study on fertilized grasslands is presented. It verifies the effect of organic fertilization on soil ACP and ALP activity, phosphorus availability, and forage yield in mountain permanent meadows which has yielded unexpected results. In this particular case, the effect of the manures reduced ACP activity, did not affect ALP activity and even decreased the available P at the time of sampling. Moreover, the forage yield was not related to the activity of APase. In summary, this thesis emphasizes the importance of ACP and ALP activity in agricultural productivity and underscores the necessity for further research into management practices that affect APase activity, P availability, and crop yields.
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ecologia Terrestre
Processing Request
No Comments.