hvilken rolle kan arbuskulære mykorrhizasvampe spille i en

AARHUS UNIVERSITET

Hvilken rolle kan arbuskulære mykorrhizasvampe spille i en optimering af fosfor-udnyttelse i

landbruget? What role can arbuscular mycorrhizal fungi play in an optimization of phosphorus utilization in agriculture?

Tue Schmidt Ingvorsen (201205349)

Bachelorprojekt 15 ECTS

15-06-2015

Vejleder: Sabine Ravnskov Institut for Agroøkologi

Afgrødesundhed

Tue Schmidt Ingvorsen Bachelorprojekt

2

Indhold

SAMMENDRAG 3

INDLEDNING 3

1. ARBUSKULÆRE MYKORRHIZASVAMPE (AMS) 4

1.1 Hvad er arbuskulære mykorrhizasvampe (AMS)? 4

1.2 Beskrivelse af AMS’s livscyklus. 4

2. FOSFOR (P) 5

2.1 P i globalt perspektiv 6

2.2 P i planter 6

2.3 P i jorden 6

3. ARBUSKULÆR MYKORRHIZA OG FOSFOR 6

3.1 Hvordan optager AMS fosfor? 6

3.2 Kan AMS ”opfatte” forskellige P-koncentrationer i jorden? 7

4. AMS’S ROLLE I PLANTERS P-OPTAG? 7

4.1 Hvordan sker udveksling af P imellem de to symbionter? 7

4.2 Hvilken betydning har funktionel kompatibilitet for symbiosen i forhold til P-optag? 8

5. VIRKNING AF JORDBEHANDLING OG GØDSKNING PÅ AMS-POPULATIONER I JORDEN 9

5.1 Hvilken effekt har jordbearbejdning på AMS og planters P-optag? 9

5.2 Hvilken effekt har gødskning på AMS? 12

DISKUSSION 13

KONKLUSION 14

REFERENCER 14


3

Sammendrag

I denne opgave undersøges effekten af jordbehandling og gødskning på arbuskulære

mykorrhizasvampepopulationer i jorden. Dette gøres som et litteraturstudie, hvor tre

langtidsforsøg analyseres og på baggrund af resultaterne fra disse forsøg diskuteres det om en

ændring i jordbehandlings- og gødskningsstrategi kan påvirke arbuskulære

mykorrhizasvampe (AMS) og derigennem være med til at optimere P-udnyttelsen i

landbruget. Af analysen kan det konkluderes at jordbehandling og gødskning påvirker AMS-

populationer i jorden men, at der skal flere studier af AMS’s funktionelle kompatibilitet og

diversitet til, for at bestemme om ændringer i disse dyrkningspraksisser, kan være en metode

til at optimere P-udnyttelsen i landbruget.

Indledning

Fosfor (P) er et afgørende næringsstof i landbruget, der globalt bruger 90 % af det P som

bliver udvundet. Samtidig er P en begrænset ressource og beregninger viser, at reserverne af

P vil blive opbrugt inden for de næste 50 – 100 år (EcoSanRes, 2008). Derfor er der behov, for

at finde nye og bedre metoder, til at udnytte det P der findes. I takt med, at der er en stigende

interesse, for at gøre landbruget mere bæredygtigt, er der kommet øget fokus på

økosystemtjenester. Arbuskulære mykorrhizasvampe danner symbiose med omkring 80 % af

de undersøgte terrestriske planter (Smith and Read, 1997). Deriblandt mange af de

landbrugsafgrøder som dyrkes til både foder og konsum (Ravnskov and Larsen, 2007), og er

en naturlig del af disse afgrøders mikrobiologi. Symbiose mellem AMS og planter er blandt

andet afgørende for planternes P-optag. Derfor er vigtigt at vide, hvilken effekt den

dyrkningspraksis der udføres i landbruget har på AMS, og forstå hvad den betyder for AMS’s

kapacitet, til at optage P til afgrøderne. Det har længe været vidst, at AMS påvirkes af

forskellige dyrkningspraksisser (Jansa et al., 2002, Oehl et al., 2003, Oehl et al., 2010).

Formålet med projektet er derfor at undersøge, hvordan jordbehandling og gødskning

påvirker AMS i jorden, og om ændringer i disse driftspraksisser derigennem kan være med til

at optimere fosforudnyttelse i landbruget.


4

1. Arbuskulære Mykorrhizasvampe (AMS)

Arbuskulære mykorrhizasvampe (AMS) hører til rækken Glomeromycota, som udgøres af ca.

200 arter og danner symbiose med omkring 80 % af de undersøgte terrestriske planter på

jorden (Smith and Read, 1997). Symbiosen mellem planter og AMS kan dateres mange

millioner år tilbage. Fund af 460 millioner år gamle fossiler af hyfer og sporer, som har mange

ligheder med eksisterende AMS’s morfologi, indikerer, at svampene var til stede på

landjorden før karplanterne (Redecker et al., 2000). I planteproduktion har AMS også stor

betydning og danner symbiose med mange af de afgrøder, der dyrkes, med undtagelse af bl.a.

mange korsblomster, sukkerroer og rødbeder (Ravnskov and Larsen, 2007). Her indgår

symbiosen som en vigtig del af plantens næringsoptag af bl.a. fosfor, som det kommes

nærmere ind på i denne opgave. Forskning viser også, at AMS har en antagonistisk effekt i

plantens værn mod patogener (Bødker et al., 2002, Bødker et al., 1998, Thygesen et al., 2004,

Larsen and Bødker, 2001), dette er dog uden for rammerne af denne opgave. Derudover har

AMS den gavnlige effekt, at den styrker jordens struktur (Gianinazzi et al., 2010).

1.1 Hvad er arbuskulære mykorrhizasvampe (AMS)?

AMS findes i jorden, hvor de danner symbiose med planter, i hvilke de danner de arbuskler,

som giver navn til svampene. AMS er obligat biotrofe og har derfor behov for en symbiont for

at kunne leve. Der er ikke observeret et kønnet stadie hos AMS, men de producerer store

ukønnede klamydosporer, der findes i jorden. Sporerne har tykke cellevægge med et højt

indhold af chitin, hvilket gør dem modstandsdygtige, så de kan fungere som hvilestadie i

svampens livscyklus. Der findes eksempler på sporer der kan overleve passage gennem

tarmsystemet på nogle invertebrater, hvilket understreger robustheden af sporerne, men

også beskriver en mulig spredningsvej for svampene (Smith and Read, 1997). Hovedparten af

spredningen foregår dog i jorden fra allerede eksisterende mycelier eller i rodfragmenter

(Smith and Read, 1997). Klamydosporerne kan indeholde mellem 100 og 1000 kerner, og

sporernes morfologi bliver sammen med DNA-teknologi, brugt til at bestemme deres

svampenes slægtskab.

1.2 Beskrivelse af AMS’s livscyklus.

Livscyklussen hos AMS initieres ved, at sporen i jorden

danner en spirehyfe, som vokser hen til en rod, hvor

koloniseringen kan ske. Forskning indikerer, at der forud

for koloniseringen sker en udveksling af signalstoffer

mellem svampen og værtsplanten som bl.a. påvirker

spiringen af sporerne (Harrison, 2005). Når spirehyfen

Figur 1: Arbuskel (http://biology.kenyon.edu/fennessy/SrexMarx/arbgood.jpg)


5

kommer i fysisk kontakt med værtsplantens rod, sker der en fasthæftning af svampen til

roden, ved dannelse af et ellipseformet appressorium parallelt med cortex. Af appressoriet

vokser der en koloniseringskile ind mellem plantens epidermis celler og danner et

intercellulært mycelium. Fra dette mycelium afgår lateralt hyfer, som danner tætte

forgreninger, der udgør arbusklerne (Figur 1). Arbusklernes store overfladeareal - qua mange

forgreninger og lille diameter - bevirker, at der er mulighed for høj diffusion af næringsstoffer

og vand mellem svampens hyfeceller og plantens celler. Arbuskler vokser mellem cellevæg og

-membran og aldrig ind i cytoplasma. Omkring de dannede arbuskler dannes en specialiseret

membran i plantecellen, den periarbuskulære membran. Den periarbuskulære membran

danner sammen med plasmamembranen i hyferne en grænseflade (interfacial apoplast), som

er afgørende for næringsstoftransporten mellem de to symbionter (Smith and Read, 1997).

Udover arbuskler danner mange AMS også vesikler til oplagring af næringsstoffer. Tilsammen

udgør arbuskler, vesikler og resten af myceliet i planteroden det interne mycelium. Miljøet i

det interne mycelium er stabilt og afhængigt af plantens homeostase (Smith and Smith, 2011).

Af det interne mycelium vokser der hyfer ud i den jord, der omgiver planterødderne og

danner et eksternt mycelium. Det er i det eksterne mycelium, at klamydosporerne dannes. Det

eksterne mycelium har grundet hyfernes lille diameter og høje forgreningsgrad et stort

overfladeareal, der gør, at det er meget effektivt til at optage næringsstoffer fra jorden. Den

del af rhizosfæren der påvirkes af myceliet kaldes for mycorrhizosfæren. Miljøet i

mycorrhizosfæren er, i forhold til det i planterødderne, mere variabelt og ustabilt, og påvirkes

af såvel biotiske som abiotiske faktorer i jorden.

Udover klamydosporerne kan AMS kolonisere nye symbionter fra det eksterne mycelium eller

fra rodfragmenter, der indeholder mycelium. Der, hvor der i forvejen er dannet et mycelium,

er det, det eksterne mycelium og koloniserede rodfragmenter der er den primære kilde til nye

koloniseringer. Hastigheden hvormed rødderne koloniseres variere fra 0,13 – 1,22 mm/dag

afhængigt af plantearten og jordmiljøet (Smith and Read, 1997). Fordelingen af sporer

varierer meget i forskellige jordtyper. Som udgangspunkt er der en positiv sammenhæng

mellem tilstedeværelsen af planterødder og sporer op gennem jordlagene, men også i

rodsystemer der i forvejen er koloniserede, ses der en positiv sammenhæng mellem antallet

af sporer og koloniseringsgrad (Smith and Read, 1997).

2. Fosfor (P)

2.1 P i globalt perspektiv

Uorganisk fosfor udvindes fra miner i bjerge og tilføres jordbruget som kunstgødning (Smil,

2000). At uorganisk P kommer fra bjerge gør, at det er en ressource, der er begrænset. Det er

beregnet, at reserverne af P vil være opbrugt inden for de næste 50 – 100 år, hvis ikke der

ændres på forbruget af P (EcoSanRes, 2008). P er et afgørende næringsstof i jordbruget over


6

hele Jorden, og 90 % af den P, der udvindes, bruges i landbrugets plante- eller

husdyrproduktion (Rosemarin, 2004). I takt med, at middelklassen i folkerige lande som

Indien og Kina vokser, vil efterspørgslen på fødevare, især animalske produkter, stige og

dermed også behovet for mineralsk P, hvis ikke udnyttelsen af det bliver optimeret (Cordell et

al., 2009).

2.2 P i planter

P er en vigtig byggesten i flere aspekter af planten. Det indgår bl.a. i energiomsætningen i form

af ATP og i arveanlæg og genekspression i form af DNA og RNA. Derudover er det en vigtig

bestanddel af fosforlipiderne i plantens cellemembran. De fundamentale processer, som

fotosyntese, blomstring og frugtdannelse, er afhængige af et passende P-optag i planten. Også

meristemet, hvor væksten foregår, er afhængig af P (Brady and Weil, 2010).

2.3 P i jorden

Fosfor (P) findes hovedsageligt på tre former i jorden: Organisk P, calciumbundet uorganisk P

og jern-/aluminiumbundet uorganisk P. I kalkholdig jord, som i Danmark, findes størstedelen

af det uorganiske P bundet til calcium. P bindes stærkt til mineraler i jorden, og derfor er

hovedparten af P, hvad end den er organisk eller uorganisk, bundet i jorden og frigives

langsomt til jordvæsken. Dette betyder, at der kun er op til ca. 1 mg/L opløst P i dyrket jord

(Brady and Weil, 2010). Grundet at P er stærkt bundet i jorden, opstår der i nærheden af

planterødder hurtigt et område, hvor jordvæskens P-indhold er lavt, fordi planten optager det

og en efterfølgende frigivelse sker langsomt.

3. Arbuskulær mykorrhiza og fosfor

3.1 Hvordan optager AMS fosfor?

Overordnet set optages orthofosfat (Pi) fra jordvæsken omkring mykorrhizosfæren og

transporteres via hyferne i det eksterne mycelium til det interne mycelium, ind i arbusklerne,

hvor udvekslingen af næringsstoffer til plantecellerne sker.

P frigives langsomt fra jordkolloiderne til jordvæsken, hvor den således bliver tilgængelig for

såvel rødder som hyfer. Den langsomme diffusion fra bundet P til opløst P betyder, at

koncentrationen af P sjældent er mere end 10 μM i jordvæsken. I levende organismer i jorden

er koncentrationen noget højere, og i planteceller kan koncentrationen f.eks. være omkring 10

mM (Ezawa et al., 2002). Derfor er der behov for en effektiv Pi-transporter, til at mobilisere Pi

over den høje elektrokemiske gradient og ind i cellen. Dette sker via lav- eller højaffinitet Pi

transportere drevet af H+-ATPaser (Ezawa et al., 2002). Når Pi optages af hyferne

inkorporeres det i cytosolens P-pool, så koncentrationen i cellen holdes konstant, og optaget

ikke påvirker cellens metabolisme, syntese af fosforlipider mm. Ved optag af højere


7

koncentrationer af P, som kan påvirke metabolismen, oplagres P i vakuoler (Ezawa et al.,

2002). Viereck et al. (2004) målte i et forsøg, at polyfosfat (PolyP) puljen i det eksterne

mycelium hos G. intraradices var lig med eller højere end Pi-puljen. Derfor foreslås det, at

PolyP er den primære form, hvorpå P findes i myceliet. Ydermere nævnes det, at

akkumuleringen af PolyP muligvis har betydning for AMS’s kapacitet til at bevare en høj rate

af P-optag over længere periode, samt, at tilstedeværelsen af PolyP i vakuolerne hænger

sammen med, at PolyP er den form, P bliver transporteret fra jordvæsken til planten på via

AMS (Viereck et al., 2004).

AMS optager altså Pi fra jordvæsken via Pi-transportere, hvorefter det omdannes til PolyP og

kan translokeres til bl.a. arbusklerne og eksporteres til plantecellerne. Udvekslingen af P og

kulstof (C) mellem planten og AMS beskrives i afsnit 4.1.

3.2 Kan AMS ”opfatte” forskellige P-koncentrationer i jorden?

Jorden er et heterogent voksemedie, hvor næringsstoffer som P er tilfældigt og ulige fordelt.

Derfor er AMS’s kapacitet til at vokse hen i mod de områder, hvor der er højere

koncentrationer af P, relevant i forhold til deres optag. Dette blev undersøgt i et forsøg af

Cavagnaro et al. (2005). Her kombineredes tre AMS arter (Gi. rosea, G. mosseae eller G.

intraradices) med almindelig hør plantet i beholdere udstyrede med to kun-hyfe-tilgængelige

kamre (HC). Kamrene indeholdte forskellige koncentrationer af radioaktivt mærket P

(32P/33P) eller intet P (P0). Det ene kammer (HC1) havde et indhold af 32P på 9 % (P0), 23 %

(P1) eller 42 % (P2). Det andet kammer (HC2) havde et indhold af P33 på 9 %. Ved at mærke P

med forskellig radioaktivitet kunne P-optaget spores. Således observeredes det, at G.

intraradices øgede optaget af P i HC1 med høj koncentration mens optaget af 33P fra HC2

samtidig blev reduceret. Det forslås, at forklaringen til denne observation skal findes i, at G.

intraradices kan ”opfatte” forskelle i fordelingen af næringsstoffer, som fosfor, i jorden, og

ændre P-optaget i myceliet, samt, at et øget P-optag i dele af myceliet, kan medfører

ændringer i P-translokationen andre steder i myceliet. Således kan AMS have kapacitet til at

udnytte de områder, hvor der er højst koncentration ved at øge optaget der.

4. AMS’s rolle i planters P-optag?

4.1 Hvordan sker udveksling af P imellem de to symbionter?

Udvekslingen af kulstof (C) og P er afgørende for det mutualistiske forhold mellem planter og

AMS. Overordnet set sker der en transport af PolyP, optaget i det eksterne mycelium, til det

interne mycelium og via arbusklerne videre til plantecellerne. Derudover sker der en

modsatrettet transport af C fra planten til AMS’s interne mycelium. I dette afsnit fokuseres på

transporten af P til planten.


8

Solaiman and Saito (2001) demonstrerer en P-flux ud af det interne mycelium, som kan være

med til at beskrive denne udveksling. Det observeredes i forsøget, at tilsætningen af sukker til

myceliet i form af glucose og 2-deoxyglucose øger P-fluxen (3,5 μgP/g hyfe/ time). Samtidig

sås det, at puljen af PolyP i hyferne blev reduceret tilsvarende (3,7 μgP/g hyfe/ time). Derfor

foreslås det, at hydrolysen af PolyP øges på grund af optagelse af sukker, og der sker en flux af

hydrolyseret P efterfølgende. Hvorvidt udvekslingen sker det samme sted i det interne

mycelium er usikkert. Gianinazzi-Pearson et al. (1991) forslår på baggrund af måling, der

viser aktivitet af ATPase i den periarbuskulære membran og ikke i resten af det interne

mycelium, at udvekslingen af P sker her, mens optaget af C er mere sandsynligt uden for

arbusklerne i det interne mycelium.

4.2 Hvilken betydning har funktionel kompatibilitet for symbiosen i forhold til

P-optag?

Funktionel kompatibilitet er et udtryk for, at der mellem de forskellige arter af AMS og

planter, er nogle kombinationer, der er mere kompatible til at lave en funktionel symbiose

end andre.

Ravnskov and Jakobsen (1995) undersøgte den funktionelle kompatibilitet mellem to arter af

AMS (Glomus caledonium og Glomus Invermaium) og agurk (Cucumis sativus L.), hvede

(Triticum aestivum L.) og hør (Linum usitatissimum L.). Den funktionelle kompatibilitet blev

målt som transporten af P via hyferne. Ved brug af kun-hyfetilgængelige kamre med 32P, samt

rod- og hyfetilgængelige kamre med 33P kunne P-optaget måles. Således kunne det

kvantificeres, hvor meget P de forskellige AMS-arter havde kapacitet til at optage i symbiose

med hver af de tre plantearter. Her kunne det observeres, at effekten af P-optaget via en art

AMS afhang af, hvilken planteart der indgik i symbiosen. I den sammenhæng konkluderes det,

at der ved undersøgelser med henblik på selektion af AMS inokulum til praktiske formål, bør

tage hensyn til, hvilken specifik plante symbiosen skal dannes med.

I et andet forsøg af Munkvold et al. (2004) studeres funktionel diversitet inter- og

intraspecifikt for fire arter af Glomus (G. mosseae, G. claroideum, G. caledonium og G.

geosporum) i forhold til mycelievækst samt plantevækstfremme og P-optag. Ligesom i

forsøget af Ravnskov and Jakobsen (1995) blev der her brugt en opdelt vækstbeholder med et

tilknyttet kun-hyfetilgængeligt kammer (HC)

indeholdende 33P. Som værtsplante for

Glomus sp. blev der brugt agurk (Cucumis

sativus), og til studiet blev der brugt 24

isolater af Glomus sp. I forsøget blev der

observeret en stor forskel i myceliernes

vækst og kapacitet til at fremme plantens P-

optag, intraspecifikt for Glomus. Myceliets

vækst blev målt som længden af hyfe per

gram jord i HC. Af Figur 2 fremgår det, at der Figur 2: hyfelængde i HC (m/g) for de forskellige arter af Glomus: G. mosseae (BEG161 – BEG29), G. claroideum (V289 – BEG14), G. caledonium (BEG15 – V162) og G. geosporum (BEG106 og BEG90) (Munkvold et al., 2004).


9

er forskel i hyfelængden inden for Glomus sp. Det blev målt, at P-optaget til planterne via de

forskellige isolater varierede betydeligt, men i overensstemmelse med observationerne af

variationer i hyfevæksten (Figur 3Figur 2). På baggrund af observationerne i forsøget forslås

det, at funktionel diversitet kan variere meget inden for de enkelte arter af AMS. Ydermere

konkluderes det, at hvis funktionaliteten af AMS (mycelievækst, AMS P transport til planter og

plantevækstfremme) skal kædes sammen på et fylogenetisk niveau, er der behov for en

underinddeling på grund af arternes intraspecifikke forskellighed.

5. Virkning af jordbehandling og gødskning på AMS-populationer i jorden

Jordbehandling og gødskning er to elementer af stor betydning for landbruget. Derfor er det

relevant at se på, hvordan forskellige strategier påvirker populationerne af AMS i jorden, og

hvorvidt de har en indflydelse på P-optaget via svampene. Tre forskellige artikler (Köhl et al.,

2014b, Säle et al., 2015, Sheng et al., 2013) bruges til at belyse forskellige gødskningsformers

og jordbehandlingsstrategiers effekt på AMS-populationer i jorden.

5.1 Hvilken effekt har jordbearbejdning på AMS og planters P-optag?

5.1.1 Hvordan påvirkes AMS i jorden af pløjning? Artsrigdom, sporediversitet og -

densitet?

Påvirkningerne ved jordbehandling af AMS belyses i dette afsnit ved to langtidsforsøg af Köhl

et al. (2014b) og Säle et al. (2015).

I forsøget af Säle et al. (2015) undersøgtes effekten af to slags jordbehandling (reduceret (RO)

eller konventionel (CO)) på AMS i økologisk dyrkede forsøgsfelter fra 2002 til 2009. Som

kontrol blev der brugt to konventionelt dyrkede marker (IP) og en økologisk permanent

græsmark (GL) for at have mulighed for at sammenligne AMS-populationer i forsøgsfelterne

med populationer fra mere (IP) eller mindre (GL) intensivt dyrkede arealer i nærheden. Fra

forsøgsfelterne og kontroljorderne blev der udtaget prøver til at måle sporedensitet og

artsrigdom af AMS i jorden. Derudover blev der også lavet trap cultures, hvorfra der sammen

med prøverne blev identificeret >50.000 sporer. I forsøgsfelterne blev der fundet 42

forskellige arter, og sammen med kontroljorderne blev der i alt fundet 53 arter. I den

permanente græsmark blev der målt den højeste sporedensitet (46,9 sporer gjord-1; øverste 10

cm) og artsrigdom (38 arter; total). I de to konventionelle marker blev der fundet 28 og 33

arter. I CO-forsøgsfelterne blev der fundet sammen artsrigdom som på de konventionelle

marker, mens der i RO-forsøgsfelterne blev fundet 33 arter. Primært i de øverste 10 cm af

jorden var der forskel på, om der var lavet reduceret eller konventionel jordbehandling i

forsøgsfelterne. Her var en forskel på 18 arter i RO og 11 og 15 arter i CO. Sporedensiteten var


10

ens i de konventionelle marker og CO-forsøgsfelterne, hhv. 29,7 – 32,2 og 29,5 – 29,8 sporer

gjord-1 i de øverste 10 cm. I RO-forsøgsfelterne blev der målt en signifikant højere

sporedensitet (42,7 – 48,9 sporer gjord-1; øverste 10 cm), hvilket var samme niveau som i den

permanente græsmark. Ydermere blev der her målt en højere sporedensitet (34,8 – 37,8

sporer gjord-1) i dybde 10 – 20 cm end i de øverste 10 cm af både de konventionelle

kontrolmarker og CO-forsøgsfelterne. Det blev observeret, at fordelingen af arterne i nogle

tilfælde afhang af de forskellige typer behandling. Glomus badium var sjældnere i dyrkede

jorder, og særligt der hvor der var udført konventionel jordbehandling. Septoglomus

constrictum var generelt observeret både i marker og i græsmarker, men antallet af sporer

blev reduceret signifikant ved jordbehandling. Funneliformis mosseae var mere hyppig i

forsøgsfelter med konventionel jordbehandling end med reduceret. Sporer fra Gl. diaphanum

var mest udbredt i kontroljorderne. Dominikia aurea var ikke særligt korreleret til hverken

jordbehandling eller de forskellige forsøgsfelter og kontroljorder.

I forsøget demonstrerede Säle et al. (2015), ved målingerne af sporedensitet og identifikation

af artsrigdom, at AMS-populationer i jorden bliver påvirket af, hvilken type jordbehandling og

driftsform der bliver praktiseret, samt at der er adskillige indikatorarter, som er tilpasset

forskellige driftsintensiteter og jordbehandlingstyper.

I forsøget af Köhl et al. (2014b) blev effekten af AMS-populationer, fra jorder med (CT) og

uden (NT) jordbehandling, på planteproduktivitet og P-optag undersøgt.

Behandlingsstrategierne havde været praktiseret fra 1991 til 2009. Til forsøget blev der brugt

kløver (Trifolim pratense), rajgræs (Lolium perenne) og vejbred (Plantago lanceolata) som

værtsplanter. Der blev udtaget jordprøver fra CT- og NT-marker i 2009 og målt på

sporedensitet og artsrigdom af AMS. Effekten af AMS-populationerne på P-optag og

planteproduktivitet bliver behandlet til sidst i afsnittet, mens der her fokuseres på de

målinger af densitet og artsrigdom, der blev udført.

Prøverne blev taget i to dybder: 0-10 cm og 30 – 40 cm. Sporedensiteten var højst ved NT-

jorder i begge dybder (19 og 54,9 sporer ginok-1) i forhold til CT-jorder, hvor sporedensiteten

var 12,1 og 21,0 sporer ginok-1 hhv. Artsrigdommen var 15,7 ved 10 cm og 12,3 ved 30 – 40 cm

i NT-jorder og 15,3 i begge dybder i CT-jorder (Köhl et al., 2014a). Ydermere blev der også

undersøgt, hvilke specifikke arter der var mest hyppige i hvilke jorder: Sporer fra

Funneliformis mosseae, Claroideoglomus claroideum og Glomus intraradices var mest hyppige i

inokulum fra jord udsat for konventionel jordbehandling i forhold til jord, hvor der ikke har

været jordbehandling. I inokulum af NT-jorder blev der tilsvarende observeret en øget

hyppighed af Diversispora celata, Septoglomus constrictum og Glomus BE12. Funneliformis

mosseae og Diversispora celata var specifikke for hhv. CT- og NT-jord og blev kun fundet i de

respektive jorder.

Ligesom Säle et al. (2015) kunne Köhl et al. (2014b) demonstrer at artssammensætningen i

jorden bliver påvirket af jordbehandling samt, at forskellige arter var specialister tilpassede

forskellige dyrkningspraksis.


11

5.1.2 Hvordan påvirkes koloniseringsgraden af afgrøder?

Köhl et al. (2014b) målte også, om der var

forskel i koloniseringen af planterne. I

forsøgsplots inokuleret med populationer fra

NT-jord var hyfelængden i det eksterne

mycelium dobbelt så stor som i de plots, der

var inokuleret med populationer fra CT-jord

(Figur 3). Ydermere blev der i de plots, der var

inokuleret med populationer fra 30 – 40 cm,

observeret en større hyfelængde end dem, hvor

inokulum kom fra de øverste 10 cm.

Planterødder inokuleret med populationer fra

CT havde en højere total kolonisering end de

planter, der var dyrket i jord inokuleret med

populationer fra NT. Tilsvarende var mængden

af arbuskler og vesikler også signifikant højere

i disse planterødder.

5.1.3 Hvordan påvirkes P-optaget i planterne?

Formålet med Köhl et al. (2014b)’s forsøg var som nævnt at undersøge effekten af forskellige

AMS-populationer på planters produktivitet og næringsstofoptag. Derfor blev biomassen af

plantedele over jorden og af rødder, samt P- og N-indhold af disse også målt. Ved måling af det

totale P-indhold i planteskud inokuleret med NT-populationer observeredes det, at indholdet

her var øget i forhold til der, hvor planteskud var inokuleret med CT-populationer. Det totale

P indhold i overjordiske plantedele var højst ved inokulering med populationer fra 30 – 40

cm, og der var generelt en positiv korrelation mellem P-koncentrationen (overjordisk) og

hyfelængden. Men der var en negativ korrelation mellem den totale mængde overjordisk

biomasse og hyfelængden, og ingen sammenhæng mellem det totale P-indhold (overjordisk)

og hyfelængden. Af N:P-ratio fremgik det, at både vejbred og rajgræs var kvælstofbegrænsede

ved kolonisering af AMS, og ved tilsætning af inokulum fra NT-populationer var denne

begrænsning øget i forhold til inokulum med CT-populationer.

Det højere P-indhold i planteskud inokuleret med populationer fra NT–jorder, forklares af

Köhl et al. (2014b) ved betydeligt højere mængder af eksterne hyfer, hvilket understøtter, at

størrelsen af det eksterne mycelium kan være afgørende for P-optaget. At der var en negativ

korrelation mellem biomasse og hyfelængde og en positiv korrelation mellem P-

koncentrationen i de overjordiske plantedele og hyfelængden forklares ud fra, at det blev

observeret, at voksemediet var kvælstofbegrænset (Köhl et al., 2014b). Dermed vil et øget

optag af P ikke medvirke til øget produktion af biomasse, da planten ikke kan akkvirere

tilstrækkelige mængder N. Det nævnes samtidig, at andre forsøg har vist, at der ikke

nødvendigvis er en sammenhæng mellem P-optag og øget biomasseproduktion i AM-planter,

Figur 3: Hyfelængde per gram jord (tørvægt); i plots: uden AMS (kontrol) eller inokuleret med NT eller CT; isolater fra forskellige dybder (10: 0 - 10 cm; 40: 30 - 40)


12

samt at det ikke kan udelukkes, at andre jordlevende mikroorganismer også kan være årsag

til de effekter, der observeres i forsøget.

I de to forsøg demonstreres det, at jordbehandling har en effekt på AMS-populationerne i

jorden, idet at der i begge forsøg observeres en reduktion i sporedensiteten og en variation i

artssammensætningen afhængigt af de forskellige former for praksis. Ydermere konkluderes

det, at der er et øget P-optag i de jorder, som er inokuleret med jord uden jordbehandling.

5.2 Hvilken effekt har gødskning på AMS?

5.2.1 Hvordan påvirkes artsrigdom, sporediversitet og -densitet?

Effekten af gødskning på AMS belyses i dette afsnit ved to forsøg af Säle et al. (2015) og Sheng

et al. (2013).

I forsøget af Säle et al. (2015), hvor effekten af reduceret og konventionel jordbehandling blev

undersøgt på AMS-populationer i økologiske marker, blev der også set på virkningen af to

forskellige gødskningsstrategier på AMS. Der blev brugt enten en kombination af dybstrøelse

og gylle (M) eller kun gylle (S). I forsøgsfelterne observeres det, at der i de øverste 10 cm er en

lavere artsrigdom ved strategi S (2,15 – 2,24) end ved M (2,33 – 2,39), både ved reduceret og

konventionel jordbehandling. Ydermere var artsrigdommen altid højere ved reduceret

jordbehandling og M (2,28 – 2,39) end ved konventionel jordbehandling og S (2,18 – 2,28) i

alle jordlag. Arten Claroideoglomus claroideum var kun signifikant påvirket af

gødskningsstrategi.

Der observeres altså en effekt på artsrigdommen af AMS-populationer ved brug af dybstrøelse

blandet med gylle frem for kun gylle. Det pointeres også, at både CCA analyser og ANOVA

analyser viser, at jordbehandling og jorddybden har størst indflydelse.

Sheng et al. (2013) undersøger i forsøget effekten af længerevarende jordbehandling og

gødskning med uorganisk P på spredningen og populationsstrukturen af AMS, samt om

jordbehandling ændrer virkningen af P-gødning på AMS. Der blev brugt soja som værtsplante

og koncentrationer af P i jord og plante blev målt. Den største effekt blev observeret i de

øverste jordlag (0 – 15cm). I de plots, hvor der var tilsat mest P35 (35 kgP ha-1), blev der

observeret en stimulering af AMS sporedannelse. Samtidig blev der observeret en lavere

hyfedensitet ved P-gødskning. En ANOVA test indicerede endvidere, at artsrigdommen blev

påvirket af tilsætningen af P-gødning: en signifikant højere fylotypisk diversitet ved ingen

tilsætning af P (P0) og Shannon-Weaver diversitets indeks var også højst ved P0. Fylotypisk

diversitet og Shannon-Weaver diversitet indekset var positivt korreleret med det totale

indhold af C og N i jorden men negativt korreleret med P-koncentrationen i planten og

udbyttet.

Forskellen i højere sporedensitet og lavere hyfedensitet forklares som en respons på P-

gødskning med det resultat, at AMS allokerer ressourcer til dannelse af hvilesporer i stedet for

hyfedannelse (Sheng et al., 2013), samt at responsen er et resultat er øget P-indhold i jord og


13

plante, som indirekte påvirker AMS, ved at planterne udskiller færre rodeksudater, der

stimulere AMS til at danne sporer.

Diskussion

Eftersom fosfor er en begrænset ressource, der er estimeret til at blive udtømt inde for de

næste 50 – 100 år, er der behov for at finde nye metoder til at optimere P-udnyttelse i

landbruget. Det er observeret, at forskellige strategier inden for jordbehandling og gødskning

påvirker AMS i jorden. Derfor diskuteres det i dette afsnit, hvorvidt en ændring af

jordbehandling og gødskning kan være en metode til bedre P-udnyttelse.

At jordbehandling har betydning for AMS populationer i marken demonstreres af Säle et al.

(2015) og Köhl et al. (2014b) i det, der både ved reduceret og ingen jordbehandling

observeres en højere sporedensitet og en variation i artssammensætningen i forhold til

konventionel jordbehandling. Høj sporedensitet er dog ikke ubetinget ensbetydende med høj

AMS aktivitet og P-optag. I forsøget af Sheng et al. (2013) gøres rede for, at høj sporedensitet

også kan være et resultat af ændringer i ressourceallokeringen i AMS på bekostning af

hyfedannelse. Der observeres endvidere, at AMS populationer fra jorder, som ingen

jordbehandling har fået, danner større eksterne mycelier (Köhl et al., 2014b). Størrelsen af det

eksterne mycelium har betydning for AMS kapacitet til at optage P til planten. Derfor kan

jordbehandling muligvis påvirke P-optaget indirekte, hvis det forholder sig som observeret af

Köhl et al. (2014b), at inokulum med populationer fra CT-jorder danner mindre eksterne

mycelier.

I forhold til jordbehandling har brugen af dybstrøelse og gylle eller bare gylle mindre effekt på

AMS populationer i jorden. Säle et al. (2015) observerede i CCA- og ANOVA analyser, at

jordbehandling og dybden for prøvetagningen havde større betydning for populationer af

AMS i jorden end gødskningskombinationerne, men at gødskningen havde en betydning,

primært på artsrigdommen af AMS i jorden. Yderligere blev det i ANOVA analysen observeret,

at Cl. claroideum blev signifikant påvirket af gødskning.

Ved forsøg med uorganisk P blev der observeret en signifikant effekt på AMS sporedensitet og

hyfedensitet (Sheng et al., 2013). Især ved den højeste P tilsætning blev der observeret højere

sporedensitet og lavere hyfedensitet, hvilket typer på, at langvarigt brug af uorganisk P kan

have en negativ effekt på dannelsen af det eksterne mycelium og dermed på P-transporten via

AMS.

Der bliver generelt observeret ændringer i populationssammensætningerne ved de

forskellige former for dyrkningspraksis (jordbehandling, gødskning og mere eller mindre

intensive driftstyper). Det er svært at bestemme, hvordan populationsændringerne påvirker

P-optaget til planter. Som nævnt i afsnit 4.3 har funktionel kompatibilitet og diversitet stor


14

betydning for P-optaget (Munkvold et al., 2004, Ravnskov and Jakobsen, 1995). Derfor er der

behov for en undersøgelse af funktionaliteten af de enkelte arter og hele populationer, ved

ændring i jordbehandling eller gødskning, for at få et skarpere billede af, hvilke ændringer i

dyrkningspraksis der kan være med til at optimere P-udnyttelsen i landbruget.

Et andet aspekt som er vigtigt i en vurdering af effekten af ændringerne i dyrkningspraksis er,

at artiklen af Köhl et al. (2014b), hvor der blev målt på ændringerne i P-optaget, blev

planterne dyrket i væksthuse under et kontrolleret miljø. Derfor er der mange parametre

både abiotiske og biotiske, der kan være til stede i marken og påvirke den observerede effekt,

som ikke blev inkluderet i dette forsøg. Virkninger fra nogle af disse parametre ville muligvis

medfører en anden effekt end det der blev observeret i væksthuset.

Altså påvirkes AMS af jordbehandling og gødskning, især langtidsvarigt brug af uorganisk P.

Men for at få en bedre forståelse af, om ændring i jordbehandling og gødskning kan være en

metode til at udnytte P bedre, er der behov for flere studier i AMS’s funktionelle diversitet og

kompatibilitet samt flere markforsøg.

Konklusion

Formålet med projektet var at undersøge, hvordan jordbehandling og gødskning påvirker

AMS i jorden, og om ændringer i driftspraksis derigennem kan være med til at optimere

fosforudnyttelse i landbruget. I de forsøg der er gennemgået i opgaven, blev det observeret, at

jordbehandling og gødskning påvirkede AMS i jorden forskelligt afhængigt af, hvilke strategier

der blev brugt. Reduceret eller ingen jordbehandling øgede sporediversiteten og ændrede

artssammensætningen i forhold til konventionel jordbehandling. Specifikke AMS-

indikatorarter blev observeret særligt hyppigt knyttet til de forskellige driftstyper,

jordbehandlinger og gødskningsformer. I populationer fra jorder uden jordbehandling blev

der observeret større eksternt mycelievækst end i populationer fra konventionel

jordbehandling. Endvidere blev det observeret, at langvarig gødskning med uorganisk P

resulterede i øget sporedannelsen og reduceret hyfevækst. For at belyse om ændringer i

jordbehandling og gødskning kan være med til at optimere fosforudnyttelsen i landbruget,

skal der laves flere undersøgelser af enkelte arters og hele populationers funktionalitet i

forhold til planters P-optag.

Referencer

BRADY, N. C. & WEIL, R. R. 2010. Chapter 12: Nutrient Cycles and Soil Fertility P. 420 - 432. In: LAWRENSEN, W. (ed.) Elements of the Nature and Properties of Soils

3rd ed. Prentice Hall, One Lake Street, Upper Saddle River, New Jersey, 07458.: Pearson Education, Inc.


15

BØDKER, L., KJØLLER, R., KRISTENSEN, K. & ROSENDAHL, S. 2002. Interactions between indigenous arbuscular mycorrhizal fungi and Aphanomyces euteiches in field-grown pea. Mycorrhiza, 12, 7-12.

BØDKER, L., KJØLLER, R. & ROSENDAHL, S. 1998. Effect of phosphate and the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices on disease severity of root rot of peas (Pisum sativum) caused by Aphanomyces euteiches. Mycorrhiza, 8, 169-174.

CAVAGNARO, T. R., SMITH, F. A., SMITH, S. E. & JAKOBSEN, I. 2005. Functional diversity in arbuscular mycorrhizas: exploitation of soil patches with different phosphate enrichment differs among fungal species. Plant Cell and Environment, 28, 642-650.

CORDELL, D., DRANGERT, J.-O. & WHITE, S. 2009. The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change-Human and Policy Dimensions, 19, 292-305.

ECOSANRES 2008. Closing the Loop on Phosphorus. EZAWA, T., SMITH, S. E. & SMITH, F. A. 2002. P metabolism and transport in AM fungi. Plant and Soil, 244,

221-230. GIANINAZZI-PEARSON, V., SMITH, S. E., GIANINAZZI, S. & SMITH, F. A. 1991. ENZYMATIC STUDIES ON THE

METABOLISM OF VESICULAR ARBUSCULAR MYCORRHIZAS .5. IS H+-ATPASE A COMPONENT OF ATP-HYDROLYZING ENZYME-ACTIVITIES IN PLANT FUNGUS INTERFACES. New Phytologist, 117, 61-74.

GIANINAZZI, S., GOLLOTTE, A., BINET, M.-N., VAN TUINEN, D., REDECKER, D. & WIPF, D. 2010. Agroecology: the key role of arbuscular mycorrhizas in ecosystem services. Mycorrhiza, 20, 519-530.

HARRISON, M. J. 2005. Signaling in the arbuscular mycorrhizal symbiosis. Annual Review of Microbiology. Palo Alto: Annual Reviews.

JANSA, J., MOZAFAR, A., ANKEN, T., RUH, R., SANDERS, I. R. & FROSSARD, E. 2002. Diversity and structure of AMF communities as affected by tillage in a temperate soil. Mycorrhiza, 12, 225-234.

KÖHL, L., OEHL, F. & VAN DER HEIJDEN, M. 2014a. Appendix B: Spore community composition of the different soil inocula determined by morphological AMF spore analysis (Ecological Archives A024-209-A2). esapubs.org: Ecological Society of America.

KÖHL, L., OEHL, F. & VAN DER HEIJDEN, M. G. A. 2014b. Agricultural practices indirectly influence plant productivity and ecosystem services through effects on soil biota. Ecological Applications, 24, 1842-1853.

LARSEN, J. & BØDKER, L. 2001. Interactions between pea root-inhabiting fungi examined using signature fatty acids. New Phytologist, 149, 487-493.

MUNKVOLD, L., KJOLLER, R., VESTBERG, M., ROSENDAHL, S. & JAKOBSEN, I. 2004. High functional diversity within species of arbuscular mycorrhizal fungi. New Phytologist, 164, 357-364.

OEHL, F., LACZKO, E., BOGENRIEDER, A., STAHR, K., BOSCH, R., VAN DER HEIJDEN, M. & SIEVERDING, E. 2010. Soil type and land use intensity determine the composition of arbuscular mycorrhizal fungal communities. Soil Biology & Biochemistry, 42, 724-738.

OEHL, F., SIEVERDING, E., INEICHEN, K., MADER, P., BOLLER, T. & WIEMKEN, A. 2003. Impact of land use intensity on the species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in agroecosystems of Central Europe. Applied and Environmental Microbiology, 69, 2816-2824.

RAVNSKOV, S. & JAKOBSEN, I. 1995. FUNCTIONAL COMPATIBILITY IN ARBUSCULAR MYCORRHIZAS MEASURED AS HYPHAL P TRANSPORT TO THE PLANT. New Phytologist, 129, 611-618.

RAVNSKOV, S. & LARSEN, J. 2007. Mykorrhiza i Økologisk Planteproduktion. Økologisk Planteavlsberetning 2007, 51 - 54.

REDECKER, D., KODNER, R. & GRAHAM, L. E. 2000. Glomalean fungi from the Ordovician. Science, 289, 1920-1921.

ROSEMARIN, A. 2004. The Precarious Geopolitics of Phosphorous. Science and Environment: Down to Earth Fortnigthly, 27 - 31.

SHENG, M., LALANDE, R., HAMEL, C. & ZIADI, N. 2013. Effect of long-term tillage and mineral phosphorus fertilization on arbuscular mycorrhizal fungi in a humid continental zone of Eastern Canada. Plant and Soil, 369, 599-613.


16

SMIL, V. 2000. Phosphorus in the environment: Natural flows and human interferences. Annual Review of Energy and the Environment, 25, 53-88.

SMITH, S. E. & READ, D. J. 1997. Mycorrhizal Symbiosis, 525 B Street, Suite 1900, San Diego, California 92101-2295, USA, Academic Press, Inc.

SMITH, S. E. & SMITH, F. A. 2011. Roles of Arbuscular Mycorrhizas in Plant Nutrition and Growth: New Paradigms from Cellular to Ecosystem Scales. In: MERCHANT, S. S., BRIGGS, W. R. & ORT, D. (eds.) Annual Review of Plant Biology, Vol 62.

SOLAIMAN, M. Z. & SAITO, A. 2001. Phosphate efflux from intraradical hyphae of Gigaspora margarita in vitro and its implication for phosphorus translocation. New Phytologist, 151, 525-533.

SÄLE, V., AGUILERA, P., LACZKO, E., MADER, P., BERNER, A., ZIHLMANN, U., VAN DER HEIJDEN, M. G. A. & OEHL, F. 2015. Impact of conservation tillage and organic farming on the diversity of arbuscular mycorrhizal fungi. Soil Biology & Biochemistry, 84, 38-52.

THYGESEN, K., LARSEN, J. & BODKER, L. 2004. Arbuscular mycorrhizal fungi reduce development of pea root-rot caused by Aphanomyces euteiches using oospores as pathogen inoculum. European Journal of Plant Pathology, 110, 411-419.

VIERECK, N., HANSEN, P. E. & JAKOBSEN, I. 2004. Phosphate pool dynamics in the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices studied by in vivo P-31 NMR spectroscopy. New Phytologist, 162, 783-794.

hvilken rolle kan arbuskulære mykorrhizasvampe spille i en

Documents