פעילויות אנושיות משנות מערכות אקולוגיות

במהלך 200 השנים האחרונות, פעילויות אנושיות שינו את העולם במידה רבה. שינויי אקלים מבוססי מעשי אדם גורמים להתחממות כדור הארץ, ומלווים בתקופות בצורת ארוכות ביותר (תקופות ממושכות עם מעט גשם) באזורים מסוימים. בה בעת, שדות החקלאות והמרעה השתנו באופן דרמטי בעשורים האחרונים. אוכלוסיית העולם גדלה באופן קבוע, והאנשים הרבים צריכים לאכול. לכן, כיום משתמשים בכמויות גדולות של דשנים בשדות חקלאיים, מה שמוביל ליבולי גידולים בכמויות רבות יותר [1]. פעולות אלה אומנם עשויות לספק מספיק מזון למיליארדי בני אדם, אך בצידן חיסרון משמעותי: בדומה לבצורת, עודף בדשנים משפיע לא רק על הצמחים שנראים מעל לאדמה, אלא גם על מערכת אקולוגית מורכבת מתחת לקרקע – האדמה והאורגניזמים שחיים בה.

חשיבות המערכת האקולוגית של האדמה

אדמות הן חלק חשוב במערכת האקולוגית היבשתית. אף על פי שלעיתים קרובות איננו מודעים להם, האדמות מלאות ביצורים חיים. ישנם מיקרואורגניזמים, כמו למשל חיידקים ופטריות, שהם כל כך זעירים שאי אפשר לראותם בעין בלתי מזוינת. על מה שחסר להם מבחינת גודל, הם מפצים בכמויות: כפית אחת של אדמה מכילה כמה מיליוני מיקרואוגניזמים של האדמה. גם רבים מהיצורים המעט יותר גדולים, כמו למשל קרדיות וקפזנבאים, יכולים להיראות רק באמצעות זכוכית מגדלת. בין חיות האדמה הגדולות ביותר ישנם סרטנאים, מרבי רגליים ותולעי אדמה. כל יצורי האדמה המעט גדולים יותר דומים זה לזה בכך שאין להם שלד מרכזי, וזו הסיבה לכך שהם נקראים חסרי חוליות. היצורים האלה חיים יחד באדמה ומְתַקְשְׁרִים בדרכים שונות: חלק ניזונים זה מזה, בעוד שאחרים פועלים יחד.

חסרי החוליות באדמה מבצעים מטלות שונות שהכרחיות לקיומנו. אחת מהחשובות ביותר בקרב תפקודי המערכת האקולוגית האלה היא ריקבון, שדורשת שיתוף פעולה של הרבה יצורים. אורגניזמים באדמה אחראים על פירוק של חומר צמחי מת. עלים יבשים, שורשים מתים וזרעים הם מקורות המזון שלהם. הם מפרקים את החומר הצמחי המת לפיסות קטנות יותר ויותר. התרכובות הזעירות הנותרות, בתורן, מהוות מקור מזון מצוין למיקרואורגניזמים באדמה כמו חיידקים ופטריות. בסופו של דבר, המקורות האלה מומרים חזרה לצורה שצמחים יכולים להשתמש בה עבור גדילתם, כלומר לפחמן דו-חמצני ולחומרי מזון.

כל יצורי האדמה האלה, כמו מרבית צורות החיים על פני כדור הארץ, תלויים במים עבור שתייה ונשימה, או אפילו כאמצעי תעבורה. לכן, תקופות ארוכות ותכופות יותר של בצורות מהוות בעיה עבור אורגניזמים קטנים רבים. גרוע מכך, מה קורה אם גורמים מזיקים אחרים מתרחשים באותו הזמן? שימוש יתר בדשנים, למשל, יכול להזיק לאורגניזמים באדמה, מאחר שהוא משנה את ערך ה-pH של האדמה והופך אותה לחומצית יותר. אורגניזמים רבים באדמה לא יכולים לסבול תנאי אדמה חומציים. האם דשנים עלולים להוסיף גורם סטרס (עָקָה) נוסף, מה שמקשה עוד יותר על אורגניזמים באדמה להתמודד עם תנאי יובש? וכיצד בדיוק אנו יכולים ללמוד האם בצורת ודישון מזיקים לאורגניזמים באדמה ומתערבים בתפקודיהם?

כיצד חקרנו מיקרואורגניזמים באדמה?

במטרה להבין את ההשפעות של בצורת ודישון על אורגניזמים באדמה, ערכנו ניסוי שדימה את שני הגורמים השכיחים האלה המושפעים מפעילותם של בני האדם [2]. בחרנו שדה מרעה במרכז גרמניה, ובו מיקמנו אזורים קטנים שנקראים חלקות ניסוי, וטיפלנו בהן בדרכים שונות. רבע מחלקות הניסוי טופל בבצורת באמצעות גגות (איור 1), רבע נוסף טופל באמצעות דשנים, ורבע נוסף טופל בשילוב בין בצורת לדשנים. הרבע האחרון לא טופל כלל, וזו הייתה חלקת הביקורת שלנו. חלקות ביקורת הן חשובות מאחר שהן מאפשרות לנו להשוות בין הטיפולים לבין התנאים הרגילים.

במטרה להבין כיצד בצורת ודישון משפיעים על אורגניזמים באדמה, התבוננו על חסרי חוליות ועל מיקרואורגניזמים באדמה בנפרד. בחנו את פעילותם של חסרי חוליות באדמה בכל אחת מהחלקות שלנו. כדי לעשות זאת, השתמשנו בקשי פלסטיק דקים עם כמה חורים קטנים, שנקראים ''רצועות מבחן הפיתיון'' (bait lamina test strips). כל חור מולא בתערובת של פיתיון, שחסרי חוליות באדמה אוהבים לאכול. הכנסנו חלק מקשי הבדיקה האלה אל תוך האדמה בחלקות הניסוי שלנו (איור 2). כעבור שלושה שבועות, בחנו את כמות הפיתיון שנאכלה על ידי חיות האדמה. אקולוגים של אדמה משתמשים בשיטה הזו במטרה להעריך כמה חסרי חוליות באדמה אוכלים, שזו אינדיקציה טובה מאוד לפעילותם באופן כללי.

במטרה לבחון את המיקרואורגניזמים שבאדמה מקרוב יותר, לקחנו כמות אדמה קטנה מכל אחת מהחלקות שלנו למעבדה. קבענו את כמות הפעילות המיקרובית בדגימות האלה על ידי מדידת הנשימה של המיקרואורגניזמים. ממש כמו בני אדם, מיקרואורגניזמים באדמה נושמים חמצן (O₂) ונושפים פחמן דו-חמצני (CO₂), ולכן ככל שהתרחשה יותר נשימה בדגימה, כך המיקרואורגניזמים היו פעילים יותר. כדי למדוד נשימה מיקרובית, השתמשנו במכשיר עם חיישן מיוחד שיכול למדוד את כמות החמצן שמיקרואורגניזמים השתמשו בו לצורכי נשימה, ונתונים אלה הועברו למחשב לצורך אחסון ועיבוד. באמצעות ידיעת פעילותם של המיקרואורגניזמים האלה באדמה, יכולנו לחשב את הבִּיוֹמָסָה שלהם, שהיא מדד לכמות של כל המיקרואורגניזמים שחיים בכמות אדמה מוגדרת, כמו למשל בכפית אחת של אדמה.

בצורת ודישון יכולים להשפיע על חסרי חוליות באדמה

השתמשנו במבחנים סטטיסטיים על הנתונים שלנו, במטרה למצוא כיצד קהילות חסרי החוליות והמיקרובים באדמה הגיבו לבצורת ולדישון. מצאנו שגם בצורת וגם דישון התערבו באופן חמוּר בפעילות של חסרי חוליות באדמה. אף על פי שהגורמים הללו הראו השלכות שליליות בפני עצמם, שילובם לא הפחית יותר את פעילותם של חסרי החוליות (איור 3A). אולם מיקרובים באדמה הגיבו אחרת לגמרי. בצורת לא פגעה בהם, ודישון נוסף אפילו הגדיל את הביומסה שלהם (איור 3B).

מדוע בצורת ודישון פגעו בחסרי חוליות יותר מאשר במיקרואורגניזמים? שתי הקבוצות תלויות מאוד בלחות של האדמה, וקשה להן להתמודד עם בצורות. בין השאר, המזון שלהן נעשה כל כך יבש שקשה להן לעכל אותו [3]. כדי להימנע מתנאים של בצורת, חסרי חוליות צריכים להתקדם עמוק יותר, לשכבות לחות יותר באדמה שלא הגענו אליהן במבדקים שלנו. אך מדוע דישון מקטין גם הוא את פעילותם? הסיבה היא שדישון מוביל לחומציות מוגברת של האדמה, כלומר ערך ה-pH יורד מתחת ל-.5 תולעי אדמה והרבה חסרי חוליות אחרים באדמה לא אוהבים לחיות בתנאי pH נמוכים, דבר היכול לפגוע בעורם העדין. ללימון, לדוגמה, יש ערך pH של .2 האם אי פעם היה לכם חתך באצבע ונגעתם במיץ לימון? לא הכי נעים.

טיפול הבצורת לא פגע במיקרואורגניזמים באדמה. זה הפתיע אותנו, מאחר שהטיפול שלנו הפחית בחצי את כמות הגשם, מה שהוביל לאדמה יבשה במיוחד. אך אנו חושבים שייתכן שחיידקים ופטריות שחיים באופן נורמלי בשכבות העליונות של האדמה חשופים כל הזמן למחזורי טמפרטורה ולחות של עונות השנה. מסיבה זו, הם צריכים להיות מסוגלים לשרוד אפילו בעונות היבשות ביותר [4]. דרך אחת שבה הם עושים זאת היא באמצעות בניית קליפת הגנה סוכרית סביבם, שמונעת מפני השטח שלהם להתייבש. לחלופין, הם יכולים ליצור צורה עמידה מאוד שמאפשרת להם לשרוד, שנקראת נֶבֶג. נבגים נמצאים במצב רדום ויכולים לחיות בתנאי חום ובצורת קיצוניים למשך עד אלף שנים. אנו מאמינים שזו הסיבה לכך שתנאי הבצורת בניסוי שלנו בקושי פגעו במיקרואורגניזמים באדמה. אולם ייתכן גם שהניסוי שלנו היה קצר מדי כדי לראות את ההשפעות השליליות של הבצורת.

דישון, מצד אחר, היה אפילו מועיל עבור המיקרואורגניזמים. הסיבה לכך היא שחומרי המזון הנוספים מהדשן עודדו מאוד את גדילת הצמח. לא רק שהצמחים הגיבו על ידי גידול שורשים ארוכים יותר, פרחים גדולים יותר והרבה יותר עלים, הם גם שחררו יותר משאבים אל תוך האדמה דרך שורשיהם, והמיקרואורגניזמים יכלו לאכול את מקורות המזון הנוספים האלה.

שמחנו לגלות שבצורת ודישון לא מחזקים את ההשפעות זה של זה, מה שאומר כי שני הגורמים יחד לא נראים מזיקים יותר מכל אחד מהם בפני עצמו. זה עשוי ללמד שלמערכות האקולוגיות יש מנגנוני התמודדות מצוינים כנגד מתקפות סביבתיות מזיקות. אולם במחקר הזה, מדדנו רק את הפעילות של אורגניזמים באדמה אחרי שנה אחת. אנו צריכים לבחון את האדמה לאחר שנים רבות של בצורת ודישון, כדי לראות אם התוצאות נותרות אותו הדבר.

מה יביא עימו העתיד עבור אדמותינו?

לסיכום, נראה שחסרי חוליות באדמה פחות מותאמים לשינויים עתידיים בסביבה ביחס למיקרואורגניזמים. מה המשמעות של כך עבור אדמותינו בעתיד? לירידה בפעילות של חיות אדמה יש כמה השלכות על מערכות אקולוגיות, ולכן גם על בני אדם. כפי שכבר למדנו, כל האורגניזמים באדמה הכרחיים לשמירה על התרחשות תהליך הריקבון. תהליך הריקבון מתחלק למספר שלבים, שהם הכרחיים זה לזה. בעוד שחסרי חוליות אחראים בעיקר על פירוק פיסות גדולות יחסית של חיות וצמחים, מיקרואורגניזמים מעכלים פיסות קטנות יותר בשלב הבא, ומשחררים מגוון חומרי מזון. יחד, האורגניזמים באדמה יוצרים חברת הזנה גדולה, שבה לכל מין יש את המיקום המיוחד שלו, וכולם ממלאים את המטלות המסוימות שלהם. אולם, אם חוליה אחת בשרשרת הזו חסרה, כל המערכת ככל הנראה תצא מאיזון [5]. משמעות הדבר עשויה להיות שאדמות עלולות לאבד את פוריותן בטווח הארוך. התוצאה תהיה שלא רק דשא, אלא גם חיטה ותירס לא יגדלו בשדותינו באותו השפע, ובסופו של דבר יהיו לנו קשיים בהזנת בני האדם שבכדור הארץ. לכן, אנו תלויים ברווחה של כל היצורים באדמה, וצריכים לזכור את חשיבותם כשאנו מקבלים החלטות עתידיות שיכולות להשפיע על אדמתנו.

מילון מונחים

מערכת אקולוגית (Ecosystem): ↑ קהילה של צמחים, חיידקים, חיות ופטריות במיקום מסוים, נוסף על הרכיבים הלא חיים שנמצאים באותה הסביבה.

חסרי חוליות (Invertebrates): ↑ חיות חסרות עמוד שדרה, כמו למשל מרבי רגליים, סרטנים, רכיכות ותולעי אדמה.

תפקודי מערכת אקולוגית (Ecosystem Functions): ↑ תהליכים טבעיים שמתרחשים במערכת אקולוגית.

ריקבון (Decomposition): ↑ אחרי המוות, אורגניזמים חיים מפורקים לפיסות קטנות יותר ויותר. תהליך זה משחרר חומרי מזון, שבתורם נדרשים לגדילה של צמחים.

ערך pH (pH Value): ↑ סקאלה בין 0 ל 14 למדידת חומציות או בסיסיות של תמיסה. ככל שהערך נמוך יותר, כך התמיסה חומצית יותר. ערך 7 הוא ניטרלי וערך גבוה יותר מעיד על כך שהתמיסה בסיסית.

ביומסה (Biomass): ↑ מדד לכמות של כל המיקרובים שחיים בכמות אדמה מוגדרת.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

אנו רוצים להודות לתחנת המחקר הניסויית Bad Lauchstädt על סיועם בתחזוקת אתר הניסוי, ול-Kavtea, Tom Künne ו-Pruschitzki Ulrich על תמיכתם במעבדה ובעבודת השטח. אנו מודים לתיאום של ניסוי רשת הבצורת הבינלאומית עבור סיפוק פרוטוקולים ותמיכה, וכן ל-Susan Debad על העזרה בעריכה.