Relatie tussen grondbewerking, bodemleven & bodemstructuur

Transcriptie

1 19 december 2011 Relatie tussen grondbewerking, bodemleven & bodemstructuur Mirjam Pulleman Vakgroep Bodemkwaliteit Wageningen Universiteit Mijn achtergrond - WU: Promotie regenwormen- bodemstructuur & organische stof, biologisch en gangbaar (2002) - Mexico, Int. Mais en Tarwe Instituut: Conservation Agriculture ( ) - WU: bodemecologie, FAB, NKG in Nederland en Afrika - Onderzoek in Nederland: 2 promovendi en 3 afstudeervakkers/stagestudenten. 1

2 Inhoud 1. Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit 2. Bodemleven en bodemstructuur 3. Onderzoek niet-kerende grondbewerking 4. Nieuwe projecten 5. Discussie Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Duurzaam bodemgebruik (landbouw): Minder afhankelijkheid van olie (diesel, N stikstof) Klimaatbestendig Meer biologische plaagbestrijding en ziektewering Laag verlies van organische stof en nutrienten Behoud/verbetering van bodem(kwaliteit) op lange termijn => Grotere rol voor biodiversiteit & ecologische processen in plaats van externe inputs 2

3 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Olie-afhankelijkheid van de landbouw: Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Belang van ondergrondse biodiversiteit: Meeste diversiteit aan soorten zit onder de grond Belang voor koolstof en nutrientenkringloop op aarde Helpt plantenwortels bij opname van nutrienten Regulatie van ziekten en plagen Menging van organische stof en bodemstructuur 3

4 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit herbivoren schimmeleters microben littereters carnivoren Bacterie-eters Functionele groepen in de bodem Mais Groenbemester Mycorrhiza schimmels Pathogenen, plaaginsecten Strooisel afbrekers Predatoren, parasieten, antagonisten Rhizosfeer Biota N-fixing Bacteria Macrofauna Ecosysteem ingenieurs Regenwormen Termieten, mieren Bron: Swift (2002) 4

5 Figuur: web.pdf Bodemecosysteem ingenieurs 5

6 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Diversiteit? Wat is belangrijk?: Biodiversiteit vaag begrip? Aantallen soorten en hoeveelheden per soort Activiteit Functies Meerdere soorten vervullen dezelfde functies onder andere omstandigheden ( functionele redundantie ) Biologische indicatoren Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit < 1% van bodemgewicht bestaat uit levende organismen Zélfs in intensief gebruikte landbouwgronden zoals in Nederland is de ondergrondse soorten diversiteit relatief hoog Others Nematodes Protozoa Algae Regenwormen Bacterien Schimmels Relatieve hoeveelheden aanwezig in de bodem (biomassa) Figuur: J.W. van Groenigen 6

7 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Nederlandse landbouwgronden: 3-8 soorten regenwormen soorten microarthropoden (springstaarten, mijten) 6-10 soorten potwormen ca. 30 families van nematoden (aaltjes) pissebedden, miljoen/duizendpoten?? soorten bacterien, schimmels Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Weerbaarheid: Waartegen? Chemisch Fysisch Biologisch Alles hangt met elkaar samen Figuur: Zanen et al. FAB en een weerbare bodem 7

8 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Weerbaarheid is ook: - Waterberging - Bewerkbaarheid - Productiecapaciteit op lange termijn en bij veranderende omstandigheden Foto PPO Lelystad 9/2011 (M. Pulleman) Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit : Rainfall Extreme events 8

9 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Effecten intensieve landbouw BD & weerbaarheid: - Sommige soorten kunnen elkaars functie vervangen (redundantie) -> geen effect op bodemproces, bv afbraak OS, mineralisatie -> relatief hoge weerbaarheid tegen verstoring - Andere processen zijn afhankelijk van beperkt aantal soorten en dus wél gevoelig voor verstoring -> bv regenwormen, bodemstructuur Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Beperkte kennis van bodembiodiversiteit: Soorten? -> kweekbaar in laboratorium? Functies? Effecten van Bodembeheer Met name gunstige organismen Figuur: 9

10 Duurzaam bodemgebruik en biodiversiteit Stimuleren ondergrondse biodiversiteit, algemeen: Aanvoer organische stof (mest, gewasresten) Bodem bedekt houden (groenbemesters) Minder bodemverstoring Niet kerend Foto: Pauw et al. (Biokennis) Bodemleven en bodemstructuur Fotos: M. Pulleman (boven), J. Bloem (onder) 10

11 Foto rechts: LBI; Prins et al.,

12 Bodemleven en bodemstructuur Na 23 dagen... Bodemleven en bodemstructuur Akkerland, Zeeland Mn25a Permanent grasland, Zeeland Mn25a 1 mm Fysicogene macrostructuur Biogene macrostructuur Foto s: Pulleman et al. (2005) 12

13 Akkerland, Zeeland Mn25a biogeen fysicogeen Bodemleven en bodemstructuur ca. 4mm Aggregaten zijn samenklonteringen van bodemdeeltjes en organisch materiaal. Uitwerpselen van regenwormen (biogene aggregaten) zijn vooral na indrogen stabiel en kunnen bijdragen aan de porositeit en een betere kruimelstructuur van de bodem. Aggregaten kunnen ook door fysische processen gevormd worden. Veelal bevatten de aggregaten die door regenwormen zijn gevormd nog veel organisch materiaal. Door de beschermende eigenschappen van het aggregaat, kan deze organische stof op langere termijn bewaard blijven. Permanent grasland, Zeeland Mn25a biogeen fysicogeen Foto s: Pulleman et al. (2005) Bodemleven en bodemstructuur Worm-worked soil (volume %) cm cm 0 Conventional Arable Organic Arable Permanent Pasture Pulleman et al Soil Use & Management 13

14 Bodemleven en bodemstructuur Pendelaars No worms Anecic Epigeic Endogeic Aporrectodea longa Lumbricus rubellus Aporrectodea caliginosa Figuur: JW van Groenigen Earthworm ecological groups Pendelaars 14

15 Hendrix et al 1986: Hoge afbraaksnelheden en mineralisatie in geploegde bodems => Bacterie gedomineerd voedselweb. Lagere afbraaksnelheden en hogere nutrienten immobilizatie => Meer schimmelgedomineerd voedselweb Ploegen bevordert voedselwebs die bestaan uit organismen met kleine lichaamsgrootte, snelle reproductie, en hoge metabolische activiteit, snelle verspreiding en omnivore eetpatronen (Andren and Lagerlof, 1983; Steen, 1983). Roots Natuurlijke systemen Recalcitrant OM Labile OM Glucose Plant Parasitic Nematodes Fungi Bacteria Landbouwsystemen, geploegd Fungivores Nematodes Astigmatic Mites Oribatidae Juveniles Oribatidae Adults Collembolans Enchytraeids Bacteriovores Nematodes Flagellates Amoebae Omnivorous Nematodes Predatory Nematodes Uropodinae Prostigmatic + Mesostigmatic mites Predatory Collembolans 15

16 Earthworm abundance (no. m -2 ) cm 6 jr CONV-RES CONV+RES CA Treatment Castellanos et al 2012 data from Central Mexico (direct seeding) 16

17 Castellanos et al 2012; Aggregaatstabiliteit Data from Central Mexico (direct seeding) Hendrix et al

18 CA systems and soil ecosystem engineers During crop cycle After tilla ge Time-to-pond (s) CONV-RES CONV+RES CA Treatment Castellanos et al 2012 data from Central Mexico (direct seeding) 18

19 Aantallen regenwormen (ind m-2) Duitsland (alleen graangewassen, na 10 jr) Ernst and Emmerling 2009 Frankrijk: (Niet kerende grondbewerking, cultivator 7 cm, na 5-7 jr) Capowiez et al

20 Capowiez et al 2009 Met dank aan: Martin Shipitalo 20

21 Connection of the tile drain to the soil surface was noted by observing the smoke distribution In this soil, all the smoke came from earthworm middens In other soils, and during other times of the year, cracks and other macropores can be important Met dank aan: Martin Shipitalo Cracks Met dank aan Martin Shipitalo 21

22 Cracks Cracks and a hydraulic barrier at the base of the plow layer can greatly increase the area contributing flow to the drains Met dank aan Martin Shipitalo Nederlandse situatie? - Koel, vochtig klimaat - Rooigewassen - Zware machines m.n. bij oogst - Biologische bedrijven (onkruiden) - Relatief grote bodemverstoring, ook bij NKG 22

23 Project WU-Bodemkwaliteit: - BASIS + praktijkbedrijven, biologisch en gangbaar - 5 jaar ( ) - Regenwormen, hoeveelheden en soorten - Bodemstructuur (stabiele aggregaten) - Waterberging en retentie (infiltratie, pf curve) - Organische stof - Andere bodemorganismen (bv. mycorrhiza schimmels) 37,8 m 3,15 m ,90 m CC 9 CC 10 CC 11 CC 12 6,30 m 28,35 m 3,15 m servicestrip/borderstrip SRC POM servicestrip SRC POM SRC servicestrip POM POM SRC borderstrip Joost van Strien, i.s.m. Bert Vermeulen Regenwormenbemonstering BASIS 23

24 Earthworm abundance as effected by tillage system BASIS 500 Earthworm abundance (/m 2 ) Organic summer 2009 Organic fall 2009 Organic fall 2010 Conventional summer 2009 Conventional fall 2009 Conventional fall 2010 M NIT ST Voorlopige data, Crittenden et al. Earthworm abundance as effected by tillage system BASIS Earthworm abundance (/m 2 ) B B A 0 Organic summer 2009 Organic fall 2009 Organic fall 2010 Conventional summer 2009 Conventional fall 2009 Conventional fall 2010 M NIT ST Voorlopige data, Crittenden et al. 24

25 Taxonomic Richness Summer Sampling Lelystad Organic Lelystad Conventional Earthworm species Functional Group Minimum tillage Non-inversion tillage Standard tillage Minimum tillage Noninversion tillage Standard tillage Aporrectodea rosea Allolobophora chlorotica Aporrectodea calignosa Aporrectodea longa Lumbricus rubellus Eiseniella tetraedra Total species richness Endogeic Endogeic Endogeic Anecic Epigeic Epigeic Voorlopige data, Crittenden et al. Aantallen regenwormen Ploegen Niet-kerend (wormen m-2) DG (jr 1) HS (jr 2) CS (jr 2) WM (jr 1) Gemiddeld over 4 bedrijven Voorlopige data 2009/10, Crittenden et al. 25

26 Biomassa regenwormen Ploegen Niet-kerend (g m-2) DG (jr 1) HS (jr 2) CS (jr 2) WM (jr 1) Gemiddeld over 4 bedrijven Voorlopige data 2009/10, Crittenden et al. Voorlopige data 2009/10, Crittenden et al. 26

27 Nieuwe projecten 1. SUSTAIN (SKB) Frankrijk (Bretagne en Nederland) => Effecten NKG op: - Bodembiodiversiteit - Ecosysteemfuncties - Economische evaluatie 2. AIO, Biodiversiteit werkt - Regenwormen verspreiding - Rol van verstoring (bv ploegen) - Rol van semi-natuurl. habitat (bv randen) Hartelijk dank! Vragen, Discussie? 27