時間的・生物学的な変動が、土壌を安定化させる生物地殻群集の再生を阻害している可能性がある

Temporal and abiotic fluctuations may be preventing successful rehabilitation of soil-stabilizing biocrust communities.

• Kristina E Young
• Matthew A Bowker
• Sasha C Reed
• Michael C Duniway
• Jayne Belnap

抄録

土地の劣化は、世界の多くの乾燥・半乾燥システム（以下、乾燥地）において持続的な生態学的問題である。乾燥地の劣化のほとんどの例は、何らかの形での土壌撹乱や土壌侵食を含んでおり、植生の定着を妨げ、生態系の生産性を低下させる可能性がある。土壌侵食に対抗するためには、生物学的土壌クラスト（バイオクラスト）の修復が必要であることがわかってきました。ここでは、米国ニューメキシコ州バンドリエ国定公園のピニョンジュニパー林において、植物とバイオクラストの被覆が土壌侵食の可能性に与える影響を検証した。その結果、バイオクラストは維管束植物と同様に侵食を軽減する効果があり、主に表面粗さを促進することで作用していることがわかった。また、このモニュメント内のバイオクラストの再生の可能性についても検証した。夏のモンスーン前の浸食土壌に、温室で培養したバイオクラストを植菌した圃場を設置した。完全要素計画では、侵食を減少させたり停止させたりする処理を、接種した圃場とその対になった対照区に投与した。これらの侵食減少治療法には、陸地の流れ（フラッシング）、スラッシュの配置、および維管束植物の播種への障壁が含まれています。土壌の安定性、浸透抵抗性、抽出可能な土壌養分への動的な変化が時間の経過とともに観察されたが、バイオクラストの接種、播種、または侵食介入処理の追加による強い影響は見られなかった。この結果から、バイオクラストの再生を成功させるためには、バイオクラストの施用時期を変えたり、異なる種類の土壌安定化技術を用いて接種剤の施用を修正したり、土壌に養分を添加したりするなどの方法が考えられることが示唆された。このような反応の欠如から得られた知見は、社会的にも生態学的にも重要な乾燥地システムにおける土壌の損失を食い止めるための効果的な技術の開発に近づけるものである。

Land degradation is a persistent ecological problem in many arid and semiarid systems globally (drylands hereafter). Most instances of dryland degradation include some form of soil disturbance and/or soil erosion, which can hinder vegetation establishment and reduce ecosystem productivity. To combat soil erosion, researchers have identified a need for rehabilitation of biological soil crusts (biocrusts), a globally relevant community of organisms aggregating the soil surface and building soil fertility. Here, the impact of plant and biocrust cover was tested on soil erosion potential in the piñon-juniper woodlands of Bandelier National Monument, New Mexico, USA. Biocrusts were found to be similarly influential to vascular plants in reducing erosion, largely acting by promoting surface roughness. The potential to rehabilitate biocrusts within the Monument was also tested. Plots were inoculated on eroding soils before the summer monsoon with greenhouse-cultured biocrusts. In a full-factorial design, treatments to reduce or halt erosion were administered to the inoculated plots and their paired controls. These erosion-reduction treatments included barriers to overland flow (flashing), slash placement, and seeding of vascular plants. Dynamic changes to soil stability, penetration resistance, and extractable soil nutrients were observed through time, but no strong effects with the addition of biocrust inoculum, seeding, or erosion intervention treatments were seen. The results do suggest possible ways forward to successfully rehabilitate biocrust, including varying the timing of biocrust application, amending inoculum application with different types of soil stabilization techniques, and adding nutrients to soils. The insights gleaned from the lack of response brings us closer to developing effective techniques to arrest soil loss in these socially and ecologically important dryland systems.

Published 2019. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.