Regenerative agriculture augments bacterial community structure for a healthier soil and agriculture

Resumo

Introdução: O uso de fertilizantes químicos e pesticidas não só prejudica o meio ambiente, mas também tem consequências prejudiciais para a saúde humana. Nos últimos anos, tem havido uma grande ênfase em todo o mundo em métodos de agricultura natural. A agricultura regenerativa é conhecida em todo o mundo como uma combinação de práticas agrícolas amigáveis com a natureza, como plantio direto, cultivo de cobertura, rotação de culturas, agrosilvicultura e uso de ingredientes de compostos orgânicos domésticos/agrícolas para revitalizar a saúde do solo. Na Índia, vários agricultores estão lentamente adotando essas práticas usando misturas caseiras e esterco de curral para rejuvenescimento do solo e controle de pragas. Para avaliar a eficácia das práticas de agricultura regenerativa, este estudo comparou as parcelas de agricultura convencional e regenerativa quanto ao perfil bacteriano e nutritivo do solo.

Métodos: Duas culturas ragi (capim coracana, um cereal do velho mundo comido na Índia) e vegetal (tomate/ feijão), e diferentes comprimentos de práticas regenerativas ( 3 e >5 anos), foram métricas adicionais consideradas para entender as variabilidades devido ao tipo de cultura e período de aplicação. As práticas comuns de agricultura regenerativa utilizadas pelos agricultores neste estudo incluíram uma mistura de práticas como cobertura morta, plantio direto, consórcio de culturas, rotação de culturas, juntamente com a aplicação de esterco de curral e outras misturas caseiras ricas em nutrientes e micróbios para enriquecer o solo.

Resultados: Verificou-se que todas as práticas regenerativas foram eficazes na obtenção de um enriquecimento para bactérias do solo com uma composição mais heterogênea. Adicionalmente, nas parcelas de vegetação regenerativa (VR) versus vegetação convencional (VC) e solo sem cobertura (BL), a porcentagem relativa de abundância de Actinobacteriota (VR-7,47%/VC-6,24%/BL -7,02%) e Chloroflexi (VR-9,37%/VC-6,63%/BL-8,75%) foi ligeiramente maior. Em contraste, os níveis de Acidobacteriota (VR-8,1%/ VC-9,88%/BL-9,62%) foram significativamente menores. Da mesma forma, o ragi regenerativo (RR) em comparação com as parcelas de ragi convencional (RC) e solo sem cobertura (BL) apresentou maior representação de Firmicutes (RR-5,45%/ RC-2,38%/BL-1,45%) e Actinobacteriota (RR-11,53%/ RC-7,08%/BL-7,15%) e uma redução concorrente no Acidobacteriota (RR-6,91%/RC-7,39%/ BL-9,79%). As parcelas de VR foram enriquecidas com Rizobacterias promotoras de crescimento de plantas (RPCP) – Pseudomonas sp. (VR-0.51%/VC-0.01%/BL-0.21%) , e RR foram enriquecidas com Bacillus sp. (RR-1,35%/RC-0,95%/BL-0,61%) e Mesorhizobium sp. (0,30%/0,12%/0,21%) , que são conhecidas por terem papéis significativos no crescimento vegetal e ragi, respectivamente.

Discussão: Curiosamente, a agricultura regenerativa de longo prazo foi capaz de suportar uma boa composição de nutrientes enquanto aumentava os níveis de carbono orgânico do solo (COS). Em geral, as práticas de agricultura regenerativa mostraram-se eficazes na melhoria da estrutura da comunidade bacteriana e, simultaneamente, na melhoria da saúde do solo. Verificou-se que o solo BL com plantio de eucalipto apresentou a menor diversidade bacteriana sugerindo impacto prejudicial na saúde do solo.

Abstract

Introduction: Use of chemical fertilization and pesticides not only harm the environment but also have detrimental consequences on human health. In recent years, there has been a major emphasis worldwide on natural agriculture methods. Regenerative agriculture is known across the world as a combination of nature-friendly farming practices such as no-till, cover cropping, crop-rotation, agroforestry and use of organic home-based/farm-based ingredients to revive soil health. In India, a number of farmers are slowly adopting these practices using home-based mixtures and farmyard manure for soil rejuvenation and pest management. In order to evaluate the efficacy of the regenerative agriculture practices, this study compared conventional and regenerative agriculture plots for their soil bacterial and nutrient profiles.

Methods: Two crops – ragi (Finger millet, an old world cereal eaten in India) and vegetable (tomato/beans), and different lengths (≤3 and >5 years) of regenerative practices were additional metrics considered to understand variabilities due to crop-type and period of application. The common regenerative agriculture practices used by farmers in this study included a mix of practices such as mulching, minimal-till, inter-cropping, crop-rotation, along with application of farmyard manure and other home-based concoctions rich in nutrients and microbes for enriching the soil.

Results: We found that all regenerative practices were effective in bringing about an enrichment for soil bacteria with a more heterogeneous composition. Additionally, in regenerative vegetable (RV) versus conventional vegetable (CV) and barren land (BL) plots the relative percentage abundance of Actinobacteriota (RV-7.47%/ CV-6.24%/BL -7.02%) and Chloroflexi (RV-9.37%/ CV-6.63%/BL-8.75%) was slightly higher. In contrast, levels of Acidobacteriota (RV-8.1%/ CV-9.88%/BL-9.62%) was significantly lower. Similarly, regenerative ragi (RR) in comparison with conventional ragi (CR) and barren land (BL) plots saw higher representation of Firmicutes (RR-5.45%/ CR-2.38%/BL-1.45%) and Actinobacteriota (RR-11.53%/ CR-7.08%/BL-7.15%) and a concurrent reduction in Acidobacteriota (RR-6.91%/CR-7.39%/ BL-9.79%). The RV plots were found to be enriched for Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPRs) – Pseudomonas sp. (RV-0.51%/CV-0.01%/BL-0.21%), and RR plots were enriched for Bacillus sp. (RR-1.35%/CR-0.95%/BL-0.61%), and Mesorhizobium sp. (0.30%/0.12%/0.21%), which are known to play significant roles in vegetable and ragi growth respectively.

Discussion: Interestingly, long-term regenerative agriculture was able to support good nutrient composition while enhancing Soil Organic Carbon (SOC) levels. In all, the regenerative agriculture practices were found to be effective in improving bacterial community structure and simultaneously improving soil health. We found that BL soil with eucalyptus plantation showed among the least bacterial diversity suggesting detrimental impact on soil health.