Die Baumart beeinflusst die Menge und Stöchiometrie der organischen Bodensubstanz sowie die mikrobielle Biomasse in Streuauflagen und Mineralböden von Waldböden

Die Menge und Qualität der organischen Bodensubstanz (OBS) ist von entscheidender Bedeutung für die ökosystemaren Leistungen, Resistenz und Resilienz von Waldböden. Ziel der Arbeit ist, die Vorräte und Zusammensetzung der OBS von Waldböden, welche unter dem Einfluss unterschiedlicher Baumarten stehen, zu charakterisieren. Verglichen wurden die Vorräte an organischem Kohlenstoff (Corg), Stickstoff (N), Schwefel (S), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) in den Streuauflagen und den verschiedenen Tiefenstufen des Mineralbodens (0-5 cm, 5-10 cm, 10-30 cm) unter fünf verbreiteten Baumarten der gemäßigten Zone: Douglasie (Pseudotsuga menziesii), Gemeine Fichte (Picea abies), Rotbuche (Fagus sylvatica), Roteiche (Quercus rubra) und Schwarzkiefer (Pinus nigra). Zusätzlich wurden C-Gehalt der mikrobiellen Biomasse (MBC) und der Ergosterolgehalt als Indikator für die pilzliche Biomasse bestimmt. Die Studie wurde auf einer seit 1980 rekultivierten Abraumhalde im rheinischen Braunkohlerevier durchgeführt. Durch die Standortwahl sind abiotische Faktoren wie Klima, Ausgangssubstrat, Relief usw. unter den Baumbeständen gleich, sodass angenommen werden kann, dass Unterschiede in den Bodeneigenschaften auf den Einfluss der verschiedenen Baumarten zurückzuführen sind. Bereits in der jungen 35-jährigen Bodenentwicklung seit der Rekultivierung wurden Auflagen sowie mineralische Bodenhorizonte mit unterschiedlichen Corg-Vorräten und unterschiedlichen C:N:S:H:O-Verhältnissen unter dem Einfluss der fünf Baumarten herausgebildet. So steigen die Corg-Vorräte in den Auflagen in folgender Reihenfolge an: Douglasie < Rotbuche = Roteiche < Schwarzkiefer < Fichte. Im Mineralboden werden mit zunehmender Tiefe die Unterschiede zwischen den Baumarten signifikant kleiner, wobei unter Rotbuche die kleinsten und unter Fichte sowie Roteiche die größten Corg-Vorräte bestimmt wurden. Die C/N-Verhältnisse der Auflagenhorizonte unter Koniferenbestand sind signifikant weiter verglichen zu den Laubbaumarten, was auf Unterschiede in der Humifizierung hindeutet. Die H/C- und O/C-Verhältnisse sind in den Auflagenhorizonten unter der Schwarzkiefer am kleinsten und unter Douglasie (HC) bzw. Fichte (OC) am größten. Die mit der Tiefe kleiner werdenden mikrobiellen Parameter korrelieren mit den stöchiometrischen Verhältnissen und unterscheiden sich signifikant zwischen den Baumarten. Die untersuchten Bodenparameter bilden eine Grundlage zur Bewertung des Potenzials Kohlenstoff in Waldböden zu sequestrieren

Handbook of plant and soil analysis for agricultural systems

[SPA] Este libro recopila diferentes protocolos para el análisis de plantas y suelos para sistemas agrícolas. Nuestro objetivo es proporcionar un conjunto completo de indicadores para evaluar la productividad de los cultivos, la calidad de los cultivos, la calidad del suelo y la fertilidad del suelo con procedimientos y métodos viables y sólidos. La evaluación de la sostenibilidad de los agroecosistemas requiere la selección de indicadores adecuados y su medida. El presente manual ha compilado diferentes indicadores para evaluar el crecimiento de los cultivos, la incidencia de plagas y enfermedades, el rendimiento de la granja, la calidad de los cultivos y las características nutricionales, los análisis físicos del suelo, los análisis químicos del suelo y los análisis biológicos del suelo. El libro está organizado en tres partes: i) análisis de plantas y cultivos, ii) análisis físico-químicos del suelo y iii) análisis biológicos del suelo. En total, proporcionamos 90 procedimientos para el análisis de plantas y suelos, incluida la importancia y las aplicaciones, el principio del método descrito, los reactivos necesarios, los materiales y equipos, la descripción detallada del procedimiento, los cálculos necesarios y algunas observaciones específicas.[ENG] This books compiles different protocols for analysis of plant and soil for agricultural systems. We aim to provide a complete set of indicators to assess crop productivity, crop quality, soil quality and soil fertility with feasible and robust procedures and methods. The assessment of the sustainability of agroecosystems needs the selection of suitable indicators and their measure. The present handbook has compiled different indicators to assess crop growth, incidence of pests and diseases, farm yield, crop quality and nutritional characteristics, soil physical analyses, soil chemical analyses and soil biological analyses. The book is organized in three parts: i) plant and crop analyses, ii) soil physicochemical analyses and iii) soil biological analyses. In total we provide 90 procedures for plant and soil analysis, including the importance and applications, the principle of the method described, the reagents needed, the materials and equipment, the detailed description of the procedure, the calculations required and some specific remarks.This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under grant agreement No 72800

Short-term soil response under plastic mulching in strawberry cultivation

Plastic mulches (PM) are known for increasing soil temperature and retaining soil moisture, suppressing weeds and avoiding ground contact of on-soil growing products. Thus, the use of PM in agriculture has been significantly increased in the last years, with important economic benefits for the farmers. Most studies dealing with PM emphasize the positive effects of this management, yet recent reports have shown that the use of PM is linked to a decrease of SOM content, soil erosion, soil contamination with plastic residues and in some cases to a high mycotoxin production by soil fungi. This questions the sustainability of the intensive use of PM in agriculture. The aim of this study was to assess the short-term modification of soil physicochemical and microbial parameters under PM, compared to no-mulch (NM). The experiment was conducted in a 2016-planted strawberry field. For each management (PM vs. NM) five plots were selected. Cultivation of strawberry in both PM and NM was done in a ridge-furrow system with subsurface irrigation. Samples were collected prior to the planting (T0) and successively at two (T1) and four months (T2) after planting. Different depths were sampled in the ridges (0-10, 10-30 and 30-60 cm) and in the furrows (0-10 and 10-40 cm). The analysis of the quantity and quality of soil organic matter is ongoing and comprised soil physicochemical analysis: pH, electrical conductivity, water content, bulk density and stability, organic C and N and density fractionation. Moreover, soil microbiology was studied via soil microbial carbon and mycotoxin occurrence as indicator of fungal stress. Additionally, temperature, humidity and pH of soil were daily recorded using an in-field installed measuring station. The continuously recorded environmental data showed differences in the temperature patterns between PM and NM, with highest average temperature under plastic. As well, pH and humidity data indicated differences between the treatments

Transport von Dieselruß durch Wasser in gestörten und ungestörten Böden - Resultierende, kleinskalige Verteilung und Nachweismethoden

Durch den Diesel-Kfz-Verkehr gelangen jährlich ca. 1,8 g Ruß/km in straßennahe Böden. Ruß enthält hohe Gehalte an PAK und ist aufgrund seiner Sorptionseigenschaften gleichzeitig Senke für weitere hydrophobe Schadstoffe. Es ist daher zu vermuten, dass derartige Schadstoffe prioritär mit dem Ruß transportiert werden. Zur Verlagerung bzw. Retention von Ruß in Böden liegen jedoch kaum Informationen vor. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Transport von Ruß in aggregierten bzw. homogenisierten Böden unterschiedlichen Stoffbestandes mit Hilfe von Säulenperkolationsexperimenten zu bestimmen. Zur Ermittlung des Durchbruchs bzw. der Retention des Rußes wurden DOC und DON im Perkolat sowie PAK-Gehalte in unterschiedlichen Bodentiefen bestimmt. Die resultierende räumliche Verteilung des Rußes in den Bodensäulen und Porenräumen wurde mittels bildgebender Verfahren untersucht. Dies erfolgte zum einem unter Verwendung einer Hyperspektralkamera (Neo HySpex VNIR-1600) und Maximum Likelihood Classification (MLC) sowie autoPartial Least Squares Regression (aPLSR) als Auswertungsmethoden. Die Identifizierung des Rußes erfolgte durch konfokale Raman-Imaging Mikroskopie. Die Ergebnisse zeigen, dass Ruß vorrangig an der Bodenoberfläche ausgefiltert wird, wo er potentiell einem Abtrag durch runoff, Auswehung, etc. unterliegt. Eine Tiefenverlagerung erfolgt über Makroporenräume als präferentielle Fließwege

Langzeitbelastung von Weinbergsböden mit Cu beeinflusst die Stressresistenz der mikrobiellen Gemeinschaft

Eine lang andauernde Bodenbelastung führt häufig zur Akklimatisierung bzw. Adaptation von Mikroorganismen, weshalb negative Wirkungen der Belastung durch übliche Toxizitätstests mit Bodenorganismen nicht angezeigt werden. Dies kann selbst bei sehr hohen Schadstoffgehalten auftreten, die bei Experimenten mit frisch zugegebenem Schadstoff eindeutig zu negativen Effekten führen. Langzeitkontaminationen durch Cu treten in Weinbergsböden verbreitet auf; seit dem späten 19. Jahrhundert und mit Applikationsmaxima in den 1920er bis 1930er Jahren sowie in den 1950er Jahren werden Cu-haltige Fungizide dort angewendet. In der Folge haben Weinbergsböden hohe Gehalte an Cu akkumuliert; Cu-Gehalte liegen in Weinbergsböden der Moselregion im Mittel bei 170 mg kg-1 Boden. Die mikrobielle Abundanz und Aktivität in Böden mit Langzeitkontamination steht jedoch meist in keinem eindeutigen Zusammenhang zu der Höhe der Belastung. Grundlage dieser Studie war die Hypothese, dass die Vorbelastung der Böden mit Cu zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber zusätzlichem Stress führt, was sich in einer verminderten Resistenz und Resilienz der mikrobiellen Gemeinschaft ausdrückt. Um dies zu untersuchen, wurden zehn Weinbergsböden des Weinbaugebietes Mosel mit Cu-Gesamtgehalten zwischen 20 und 440 mg kg‑1 ausgewählt. Die Stressresistenz der mikrobiellen Gemeinschaft in diesen Böden wurde mithilfe des relativen Bodenstabilitäts-Index (relative soil stability index - RSSI) ermittelt. Dazu wurden die Böden in Laborexperimenten einer kurzzeitigen Hitzebehandlung als zusätzlichem, zweitem Stress ausgesetzt und nachfolgend Enzymaktivitäten der Dehydrogenase und alkalischen Phosphatase als Endo- und Exoenzyme über 15 Tage gemessen. Die Ergebnisse bestätigen, dass die vorhandene, mikrobielle Aktivität in den Böden in keinem Zusammenhang zu den Gehalten an Gesamt-Cu wie auch mobilem Cu steht. Zusätzlicher Stress bewirkte weitere Verminderungen der Enzymaktivitäten, die über den beobachteten Zeitraum in unterschiedlichem Maß wieder kompensiert wurden. Diese Parameter stehen zumindest teilweise in Zusammenhang mit der Cu-Belastung. Überraschenderweise waren die Resistenz, Resilienz und der RSSI positiv mit der Cu-Belastung korreliert; eine höhere Cu-Belastung induziert eine höhere Resistenz gegen zusätzlichen Stress. Es wird vermutet, dass die Langzeit-Kontamination zur Selektion einer stressresistenteren mikrobiellen Gemeinschaft geführt hat. Dies wird durch weitere Parameter überprüft

Shift of microbial communities and reduced enzymatic activity in soil under plastic mulching system in strawberry cultivation

The use of plastic mulching (PM) in agriculture has strongly increased in the last years. Improved water saving and higher soil temperature are some advantages of this management. Yet, an intensive use of PM has been recently linked to negative effects on soil quality. The aim of this study is thus to assess the effects of long-term plastic mulching (PM) on soil microbial indicators. PM was compared with the use of wheat straw mulching (SM), an also widely used mulch material. Samples were collected at two depths (0-5 and 5-10 cm) from strawberry fields, after 4-year management. Cultivation in PM and SM was done in a ridge-furrow system with subsurface irrigation. Soil characterization comprised soil texture and aggregate stability, soil organic carbon, pH and water content. Soil microbial analysis included: Soil microbial biomass (Cmic), a fraction of soil cultivable fungi (CFU values), soil bacteria (16S rRNA), denitrifying community (nirK, nirS, narG, napA genes), soil enzyme activity (C-Chitinase, P-Phosphatase and N Leucine-aminopeptidase), deoxynivalenol (DON) content and Cmic:Corg ratio. Positive effects on soil physicochemical properties were observed under PM as compared to SM, reflected by a higher soil carbon content and better aggregate stability (p>0.05). Yet, soil microbial analysis revealed some differences between managements. Cmic values were comparable in both systems, showing no differences in soil microbial biomass. In the same way, the analysis of functional genes of the N cycle and the activity of the enzymes P-Phosphatase and N Leucine-aminopeptidase was not affected by the mulching treatment. But, the abundance of bacteria (18%) and a fraction of soil cultivable fungi were reduced by respectively 18 and 62% under PM. Since the Cmic values remained similar between treatments, this accounts for a shift of microbial communities under PM. Additionally, C-Chitinase activity declined under PM. Interestingly, this enzyme correlated positively with CFU values (r=0.781, p=0.001), suggesting that a reduction of the activity is a consequence of the reduction of the fungal biomass. Additionally, a higher deoxynivalenol concentration (2.2 ± 2.4 µg kg-1) and a reduced Cmic:Corg ratio (1.3±0.3%) were observed under PM, indicative of less appropriate soil conditions after long-term PM management

Soil-derived Nature’s Contributions to People and their contribution to the UN Sustainable Development Goals

Acknowledgments The input of PS contributes to Soils-R-GRREAT (NE/P019455/1) and the input of PS and SK contributes to the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme through project CIRCASA (grant agreement no. 774378). PR acknowledges funding from UK Greenhouse Gas Removal Programme (NE/P01982X/2). GB De Deyn acknowledges FoodShot Global for its support. TKA acknowledges the support of “Towards Integrated Nitrogen Management System (INMS) funded by the Global Environment Facility (GEF), executed through the UK’s Natural Environment Research Council (NERC). The input of DG was supported by the New Zealand Ministry of Business, Innovation and Employment (MBIE) strategic science investment fund (SSIF). PMS acknowledges support from the Australian Research Council (Project FT140100610). PM’s work on ecosystem services is supported by a National Science Foundation grant #1853759, “Understanding the Use of Ecosystem Services Concepts in Environmental Policy”. LGC is funded by National Council for Scientific and Technological Development (CNPq, Brazil – grants 421668/2018-0 and 305157/2018-3) and by Lisboa2020 FCT/EU (project 028360). BS acknowledges support from the Lancaster Environment Centre Project.Peer reviewedPostprin