Effects of tillage intensity on soil C, N, and P pools with different stability

Es ist bekannt, dass die Umsatzdynamik der organischen Substanz von der Bodenbearbeitungsintensität abhängt. Bis jetzt sind nur wenige Daten zum Einfluss der Bearbeitungsintensität und des Zwischenfruchtanbaus auf C-, N-, und P-Dynamik im Ober- (0-5 cm Tiefe) und Unterboden (5-25 cm Tiefe) von Lössböden verfügbar. Hauptziele dieser Arbeit waren die (i) Quantifizierung des Einflusses von verschiedenen langzeitig durchgeführten Bearbeitungssystemen auf labile, intermediäre, und passive C- und N-Pools; (ii) Quantifizierung des Einflusses dieser Systeme auf P-Fraktionen mit unterschiedlicher Verfügbarkeit für die Pflanzenaufnahme; (iii) Quantifizierung des Einflusses des Zwischenfruchtanbaus in Verbindung mit einer unterschiedlichen Einarbeitungstiefe der der Zwischenfrüchte auf mineralisierbares C und N. Die Ergebnisse des 1. und 2. Teilexperiments basieren auf Untersuchungen von 4 Langzeitfeldexperimenten (LFE) in Ost- und Süddeutschland, die zwischen 1990 und 1997 durch das Institut für Zuckerrübenforschung angelegt wurden. Jedes LFE umfasst 3 Bearbeitungssysteme: konventionelle Bearbeitung (CT), reduzierte Bearbeitung (RT) und Direktsaat (NT). Die Ergebnisse des 3. Teilexperiments basieren auf einem Inkubationsexperiment. Entsprechend den Hauptfragestellungen wurden folgende Untersuchungsergebnisse beschrieben: (i) Im Oberboden von NT wurden höhere labile C-Vorräte gefunden (C: 1.76 t ha-1, N: 166 kg ha-1), verglichen mit CT (C: 0.44 t ha-1, N: 52 kg ha-1). Im Gegensatz dazu waren die labile- C-Vorräte höher im Unterboden von CT mit 2.68 t ha-1 verglichen zu NT mit 2 t ha-1 und RT mit 1.87 t ha-1. Die intermediären C-Vorräte betrugen 73-85% der gesamten organischen C-Vorräte, intermediäre N-Vorräte betrugen 70-95% des Gesamt-N im Ober- und Unterboden und waren vielfach größer als die labilen und passiven C- und N-Vorräte. Nur im Oberboden konnte ein Effekt der Bearbeitungsintensität auf die intermediären N-Pools mit höheren Vorräten unter NT als CT festgestellt werden. Die passiven C- und N-Pools waren eng mit den mineralischen Bodeneigenschaften verbunden und unabhängig vom Bearbeitungssystem. Insgesamt hat sich gezeigt, dass 14 bis 22 Jahre durchgängige Direktsaatverfahren nur im Oberboden zu höheren labilen C- und N-Vorräten führen, verglichen zu konventionellen Systemen. Dies lässt eine tiefenabhängige Stärke der Dynamik der organischen Bodensubstanz vermuten. (ii) Die Konzentration des Gesamt-P (Pt) im Oberboden war höher in NT (792 mg kg-1) und ~15% höher als die Pt-Konzentration in CT (691 mg kg 1). Die Abnahme der Pt-Konzentration mit zunehmender Bodentiefe war höher in NT als in CT. Dies gilt auch für die einzelnen P-Fraktionen, ausgenommen der stabilsten P-Fraktion (residual-P). Generell hatte das Bearbeitungssystem nur einen kleinen Einfluss auf die P-Konzentration mit höheren Pt-Konzentrationen in Böden unter NT als CT. Dies resultiert vermutlich aus der flacheren Einarbeitung der Pflanzenreste als in CT. (iii) Im Zwischenfruchtexperiment war der Biomassezuwachs von Senf am höchsten und nimmt in der Reihenfolge ab (oberirdischer Ertrag in t / ha): Senf (7.0 t ha-1) > Phacelia (5.7 t ha-1) > Ölrettich (4.4 t ha-1). Damit war potentiell mineralisierbares C und N am höchsten in Böden mit Senfbewuchs. Kumulative CO2- und N2O-Emissionen während der Inkubation unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Zwischenfruchtvarianten und waren unabhängig von der Verteilung der Pflanzenreste im Boden. Die kumulativen ausgewaschenen mineralisierten N (Nmin)-Vorräte waren in den brachliegenden Böden am höchsten. Die Nmin-Vorräte waren 51-72% niedriger in den Varianten mit Zwischenfrucht und Einarbeitung verglichen zur Brache. In den Varianten ohne Einarbeitung waren die Nmin-Vorräte 36-55% niedriger verglichen zur Brache. Dies weißt auf einen deutlichen Beitrag von Zwischenfrüchten zur Reduzierung von Nitrat-Auswaschung zwischen Winter und Frühjahr hin. Insgesamt führte reduzierte Bearbeitung zu einer Sequestrierung von C und N im Boden und der Zwischenfruchtanbau führte zu reduzierten N-Verlusten. Die P-Verfügbarkeit war höher unter Direktsaat verglichen zur konventionellen Bearbeitung. Diese Ergebnisse resultieren aus den höheren Konzentrationen der OS in den reduzierten, als in den konventionellen Systemen. Die Ergebnisse zeigen deutlich das Potential von reduzierter Bearbeitung zur Sequestrierung von intermediärem C und N zur Reduzierung von klimarelevanten Treibhausgasen. Gleichzeitig steigen die Konzentrationen an pflanzenverfügaren P-Gehalten. Zwischenfrüchte führen auch zu einem Anstieg der C- und N-Vorräte im Boden, offensichtlich unabhängig von der Zwischenfruchtart.

Soil food web properties explain ecosystem services across European land use systems

Intensive land use reduces the diversity and abundance of many soil biota, with consequences for the processes that they govern and the ecosystem services that these processes underpin. Relationships between soil biota and ecosystem processes have mostly been found in laboratory experiments and rarely are found in the field. Here, we quantified, across four countries of contrasting climatic and soil conditions in Europe, how differences in soil food web composition resulting from land use systems (intensive wheat rotation, extensive rotation, and permanent grassland) influence the functioning of soils and the ecosystem services that they deliver. Intensive wheat rotation consistently reduced the biomass of all components of the soil food web across all countries. Soil food web properties strongly and consistently predicted processes of C and N cycling across land use systems and geographic locations, and they were a better predictor of these processes than land use. Processes of carbon loss increased with soil food web properties that correlated with soil C content, such as earthworm biomass and fungal/bacterial energy channel ratio, and were greatest in permanent grassland. In contrast, processes of N cycling were explained by soil food web properties independent of land use, such as arbuscular mycorrhizal fungi and bacterial channel biomass. Our quantification of the contribution of soil organisms to processes of C and N cycling across land use systems and geographic locations shows that soil biota need to be included in C and N cycling models and highlights the need to map and conserve soil biodiversity across the world.

Effects of soil management systems on soil microbial activity, bulk density and chemical properties

Este trabalho teve por objetivo estudar os efeitos de diferentes sistemas de uso e manejo na densidade do solo nas suas propriedades químicas e na atividade microbiana em um Latossolo Vermelho distrófico (Oxisol). As amostras de solo foram retiradas de parcelas dos seguintes tratamentos: cerrado denso preservado, pastagem de Brachiaria decumbens degradada (20 anos), plantio direto com rotação de culturas (8 anos) e sistema convencional com rotação de culturas anuais (10 anos). O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com dez repetições. O uso contínuo de plantio direto resultou em mais alta taxa de C-biomassa microbiana e menor perda relativa de carbono pela respiração basal, podendo determinar, desta forma, maior acúmulo de C no solo a longo prazo. Proporcionou, ainda, melhoria na densidade aparente e nas propriedades químicas do solo. Assim, o sistema plantio direto, com manejo de culturas, mostrou ser uma alternativa para a conservação e manutenção das condições físicas e do potencial produtivo de solos de cerrado.

First-order decay models to describe soil C-CO2 Loss after rotary tillage

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The influence of the caruncle on the germination of castor seed under high salinity or low soil water content

The caruncle is a structure present in the micropylar region of Euphorbiaceae seeds. This structure has the ecological function of promoting seed dispersal by ants (myrmecochory), but it is debated whether it also has an agronomical importance influencing seed germination. The influence of the caruncle on castor (Ricinus communis) seed germination was evaluated under low soil water content and high soil salinity. Seeds were germinated at soil water storage capacities varying from 22 to 50% and salinities (NaCl) varying from 0 to 10 dS m(-1) The germination (%) increased following the increments in soil moisture. hut the caruncle had no influence on this process at any moisture level. In one genotype. more root dry mass was produced when caruncle was excised. Increasing salinity reduced the percentage and speed of germination of castor seeds, but no influence of caruncle was detected. No evidence of caruncle influencing castor seed germination was found under low soil water content and high salinity.

Effect of soil moisture content and the irrigation frequency on the sugarcane germination

The aim of this work was to observe the interaction between soil moisture and irrigation time intervals on the germination of sugarcane cv. RB785148 sets in semi-controlled conditions. One-bud sets of the variety RB785148 were germinated in ceramic pots filled with soil under a transparent PVC cover using soil humidity levels of 22, 25 and 30%, that were restored at intervals of 7, 14 and 21 days. The experiment was carried out at three different periods of the year: May-June/94; Oct.-Nov./94; and Mar.-Apr./95. The results indicate that the germination decreased mainly in function of the decrease in soil humidity, whereas irrigation interval have no statistical effect on germination. An interaction between humidity level and irrigation interval was observed. A variation of the timecourse of the germination could be observed when the results of the experiments installed at different dates were compared.

Corn root length density and root diameter as affected by soil compaction and soil water content

Negative effects of soil compaction have been recognized as one of the problems restricting the root system and consequently impairing yields, especially in the Southern Coastal Plain of the USA. Simulations of the root restricting layers in green house studies are necessary for the development of mechanism which alleviates soil compaction problems in these soils. The selection of three distinct bulk densities based on the standard proctor test is also an important factor to determine which bulk density restricts the root layer. The experiment was conducted to assess the root length density and root diameter of the corn (Zea mays L.) crop as a function of bulk density and water stress, characterized by the soil density (1.2; 1.4, and 1.6 g cm -3), and two levels of the water content, approximately (70 and 90% field capacity). The statistical design adopted was completely randomized design, with four replicates in a factorial pattern of (3 × 2). The PVC tubes were superimposed with an internal diameter of 20 cm with a height of 40 cm (the upper tube 20 cm, compacted and inferior tube 10 cm), the hardpan with different levels of soil compaction were located between 20 and 30 cm of the depth of the pot. Results showed that: the main effects of subsoil mechanical impedance were observed on the top layer indicating that the plants had to penetrate beyond the favorable soil conditions before root growth was affected from 3.16; 2.41 to 1.37 cm cm -3 (P<0.005). There was a significant difference at the hardpan layer for the two levels of water and 90% field capacity reduced the root growth from 0.91 to 0.60 cm cm -3 (P<0.005). The root length density and root diameter were affected by increasing soil bulk density from 1.2 to 1.6 g cm -3 which caused penetration resistance to increase to 1.4 MPa. Soil water content of 70% field capacity furnished better root growth in all the layers studied. The increase in root length density resulted in increased root volume. It can also be concluded that the effect of soil compaction impaired the root diameter mostly at the hardpan layer. Soil temperature had detrimental effect on the root growth mostly with higher bulk densities.