Management effects on soil microbial functions at a South-Indian rural-urban interface
| dc.date.accessioned | 2023-11-17T12:32:00Z | |
| dc.date.available | 2023-11-17T12:32:00Z | |
| dc.date.issued | 2023-06 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202311108993 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/15192 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
| dc.subject | Urbanisierung | ger |
| dc.subject | Auswirkungen | ger |
| dc.subject | Ökosysteme | ger |
| dc.subject | Gesellschaften | ger |
| dc.subject | Bodensysteme | ger |
| dc.subject | Südindien | ger |
| dc.subject.ddc | 630 | |
| dc.title | Management effects on soil microbial functions at a South-Indian rural-urban interface | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Urbanization leads to effects on many aspects of ecosystems and societies. Among the affected are agricultural systems and, specifically, soils. One of the most evident pathways of urbanization effects on agricultural soils is through an increased demand for agricultural commodities requiring agricultural intensification, hence, changes in management practices that alter soils. In this context, the purpose of this study was to understand how the main agricultural management practices taking place in urbanizing Bangalore affect soil microorganisms, and their functions of soil organic matter decomposition and carbon sequestration. Thus, the first aim of this research was to evaluate the effects of N fertilization level (low and high) and crop type (maize and finger millet) on a set of microbial indicators that characterize the state and functionality of the microbial communities. For this, a two-factorial split-plot design was used, at two fields (irrigated and rainfed) on typical soil types (Nitisol and Acrisol). This study found that more intensified irrigated systems (Nitisol) are more productive, which creates a greater buffer capacity against fertilization- or crop-type effects on soil microbes. In addition, the Nitisol system had larger soil organic C (SOC) levels, microbial biomass and necromass compared with acidic rainfed systems (Acrisol). Whereas microbial biomass remained similarly active in both systems. Soil pH and the amount of particulate organic matter (POM), along with site-condition differences (clay content, irrigation), rather than N-fertilization level, were major drivers of microbial parameters. These results pointed out the need for improving SOC stocks and nutrient balances by providing fresh organic inputs to the fields, especially under rainfed agriculture and to the need of liming and evaluate liming impacts on SOC-associated microbial functions in Bangalore´s soils. Thus, the second aim of this research was to address the effect of liming on an integrative microbial indicator of microbial C-cycling and C sequestration in soils: microbial carbon use efficiency (CUE). The effect of pH and liming were evaluated on total CUE (including microbial residues), CUE of microbial biomass (CUEMB) and fungal biomass after maize-litter addition in a 6-week incubation experiment. Microbial measurements were addressed in both soils, on the acidic Acrisol (limed and unlimed) compared to the Nitisol (unlimed). Litter addition benefited fungal biomass, which was at the end greater in the limed Acrisol than the Nitisol and was positively associated to CUEMB. An increased pH decreased CUE and promoted positive priming of SOC. According to these results is the low input of plant residues, and not reduced microbial efficiency, the most likely cause of lower SOC levels in the Acrisol. The last aim of this research was to relate these field-scale and experimental findings to actual SOC dynamics taking place in Bangalore at the regional scale. This aim was split into two steps. The first step was to identify the medium- and long-term effect of relevant management practices on SOC levels, conducting a review of literature about effect of management practices on Indian soils (and Bangalore soils when available) followed by a local meta-analysis of N-fertilization effects in Bangalore. The second step was to understand how the socio-economic effects of rapid urbanization across Bangalore´s rural-urban interface could be leading to changes in such management practices. This was evaluated using interview data from farmers’ households across an urbanity gradient in Bangalore. Despite of the mild effect of increased N-fertilization on microbial parameters found in the current research, at the broader scale, N fertilization, in a recommended dose, positively influences SOC levels in Bangalore´s soils, especially when mineral and farmyard manure (FYM) fertilization are combined. However, this combination was less common than single mineral fertilization in Bangalore. Furthermore, conservation practices are necessary in Bangalore to improve current low SOC levels but less than 50% of interviewed farmers apply conservation practices such as minimum/non-tillage and only 16% applied residue management such as mulching, crop-residue application or the use of cover crops. Residue management practices are significantly associated to market integration and to cultivation of specific irrigated (flowers, vegetables, fruits) and non-irrigated (pulses) crops. While urbanization reduces minimum-tillage application. When farmers rely more on agriculture, have the means and are better integrated to markets, it is more likely that they adopt intensification practices like irrigation. This practice is strongly associated with crop choice, i.e., adoption of irrigated crops like fruits, vegetables and fodder instead of traditionally non-irrigated crops like cereals. Overall, our study points out that improved management of crop residues and cultivation of diverse crops, application of liming and increasing farmer economic opportunities (e.g., off-farm income, durable assets, market integration) would improve the current status of Bangalore´s soils. | eng |
| dcterms.abstract | Die Urbanisierung hat Auswirkungen auf viele Aspekte und Komponenten von Ökosystemen und Gesellschaften. Zu den betroffenen Komponenten gehören auch landwirtschaftliche Systeme und insbesondere das Bodensystem. Einer der eindeutigsten Wege für die Auswirkungen der Verstädterung auf die landwirtschaftlichen Böden ist die erhöhte Nachfrage nach landwirtschaftlichen Erzeugnissen, die eine Intensivierung der Landwirtschaft und damit Änderungen der Bewirtschaftungsmethoden erfordert, die die Böden verändern. Vor diesem Hintergrund sollte in dieser Studie untersucht werden, wie sich die wichtigsten landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsmaßnahmen im urbanisierten Bangalore auf die Mikroorganismen im Boden und ihre Funktionen des Abbaus organischer Substanzen und der Kohlenstoffbindung auswirken. Das erste Ziel dieser Studie war es daher, die Auswirkungen der Stickstoffdüngung (niedrig und hoch) und der Pflanzenart (Mais und Fingerhirse) auf eine Reihe von mikrobiellen Indikatoren zu bewerten, um die Hauptfunktionen der mikrobiellen Gemeinschaft zu charakterisieren. Zu diesem Zweck wurde ein zweifaktorielles Split-Plot-Design auf zwei Feldern (bewässert und beregnet) auf typischen Bodentypen (Nitisol und Acrisol) verwendet. Die Studie ergab, dass die höhere Produktivität unter der intensiven Bewirtschaftung mit Bewässerung des Nitisols, eine größere Pufferkapazität gegen Auswirkungen der Düngung oder der Kultur auf die Bodenmikroben bedingt. Darüber hinaus wies der bewässerte Nitisol im Vergleich zu sauren, regengespeisten Acrisol einen höheren SOC-Gehalt, eine größere mikrobielle Biomasse und eine höhere Nekromasse auf. Während die mikrobielle Biomasse in beiden Systemen ähnlich aktiv bleibt. Der pH-Wert des Bodens und die Menge an partikulärer organischer Substanz (POM) sowie Unterschiede in der Bodenart (Tongehalt, Bewässerung) waren die Hauptfaktoren für die mikrobiellen Parameter und nicht die Höhe der N-Düngung. Diese Ergebnisse wiesen auf die Notwendigkeit hin, die SOC-Vorräte und die Nährstoffbilanzen durch die Zufuhr frischer organischer Stoffe auf den Feldern zu verbessern, insbesondere bei Regenfeldbau, sowie auf die Notwendigkeit der Kalkung und der Bewertung der Auswirkungen der Kalkung auf die SOC-assoziierten mikrobiellen Funktionen in den Böden von Bangalore. Das zweite Ziel dieser Untersuchung war daher die Untersuchung der Auswirkungen der Kalkung auf einen integrativen mikrobiellen Indikator für C-Kreislauf und C-Sequestrierung in Böden: die mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE). Die Auswirkungen von pH-Wert und Kalkung wurden auf den Gesamt-CUE (einschließlich mikrobieller Rückstände), den CUE der mikrobiellen Biomasse (CUEMB) und die Pilzbiomasse nach der Zugabe von Maisstreu in einem 6-wöchigen Inkubationsversuch untersucht. Die mikrobiellen Messungen wurden in beiden Böden durchgeführt, auf dem sauren Acrisol (gekalkt und ungekalkt) im Vergleich zum Nitisol (ungekalkt). Die Zugabe von Streu kam der Pilzbiomasse zugute, die am Ende im gekalkten Acrisol größer war als im Nitisol und es mit der CUEMB positiv verbunden war. Ein erhöhter pH-Wert verringerte die CUE und förderte die positive Grundierung des SOC. Nach diesen Ergebnissen ist der geringe Eintrag von Pflanzenrückständen und nicht die verringerte mikrobielle Effizienz die wahrscheinlichste Ursache für die niedrigeren SOC-Werte im Acrisol. Das letzte Ziel dieser Forschungsarbeit bestand darin, diese Ergebnisse aus Feldversuchen und Experimenten mit der tatsächlichen SOC-Dynamik in Bangalore auf regionaler Ebene in Beziehung zu setzen. Dieses Ziel wurde in zwei Schritte unterteilt. Der erste Schritt bestand darin, die mittel- und langfristigen Auswirkungen einschlägiger Bewirtschaftungspraktiken auf den SOC-Gehalt zu ermitteln. Dazu wurde die Literatur über die Auswirkungen von Bewirtschaftungspraktiken auf indische Böden (und auf Böden in Bangalore, sofern verfügbar) ausgewertet, gefolgt von einer lokalen Meta-Analyse der Auswirkungen der N-Düngung in Bangalore. In einem zweiten Schritt wurde untersucht, inwieweit die sozioökonomischen Auswirkungen der Urbanisierung im ländlich-städtischen Übergangsbereich der schnell wachsenden Megacity Bangalore zu Veränderungen bei den Bewirtschaftungspraktiken führen könnten. Dies wurde anhand von Umfragen in bäuerlichen Haushalten unterschiedlicher Urbanität in Bangalore untersucht. Trotz der geringen Auswirkungen einer erhöhten N-Düngung auf mikrobielle Parameter, die in dieser Studie festgestellt wurden, hat die N-Düngung in der empfohlenen Dosierung einen positiven Einfluss auf den SOC-Gehalt der Böden in Bangalore, insbesondere wenn Mineral- und Stallmistdüngung kombiniert werden. Diese Kombination war jedoch in Bangalore weniger verbreitet als die alleinige Mineraldüngung. Darüber hinaus sind in Bangalore konservierende Praktiken notwendig, um die derzeit niedrigen SOC-Werte zu verbessern, aber weniger als 50 % der befragten Landwirte wenden konservierende Praktiken an, wie z. B. minimale bzw. keine Bodenbearbeitung, und nur 16 % wenden Rückstandsmanagement an, wie z. B. Mulchen, Ausbringen von Ernterückständen oder Verwendung von Zwischenfrüchten. Die Verwendung von Ernterückständen stehen in signifikantem Zusammenhang mit der Marktintegration und mit dem Anbau bewässerter (Blumen, Gemüse, Obst) und unbewässerter (Hülsenfrüchte) Kulturen, während die Urbanisierung die Wahrscheinlichkeit der Anwendung von Minimalbodenbearbeitung reduziert. Die Wahrscheinlichkeit der Anwendung von Intensivierungspraktiken wie Bewässerung ist höher, wenn die Haushalte ihr hauptsächliches Einkommen aus der Landwirtschaft beziehen, über die nötigen Mittel verfügen und besser in die Märkte integriert sind. Diese Praxis steht in engem Zusammenhang mit der Wahl der Anbauprodukte, d. h. mit der Entscheidung für bewässerte Kulturen wie Obst, Gemüse und Futtermittel anstelle von traditionell unbewässerten Kulturen wie Getreide. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Morán Rodas, Virna Estefanía | |
| dcterms.dateAccepted | 2023-10-18 | |
| dcterms.extent | xvi, 143 Seiten | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften | |
| dc.contributor.referee | Wachendorf, Christine (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Sauer, Daniela (Prof. Dr.) | |
| dc.subject.swd | Indien | ger |
| dc.subject.swd | Bangalore | ger |
| dc.subject.swd | Landwirtschaft | ger |
| dc.subject.swd | Bodenmikrobiologie | ger |
| dc.subject.swd | Biomasse | ger |
| dc.subject.swd | Auswirkung | ger |
| dc.subject.swd | Ökosystem | ger |
| dc.subject.swd | Gesellschaft | ger |
| kup.iskup | false | |
| ubks.epflicht | true | |
| ubks.kumDiss | true |
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