Soil nematode community, organic matter, microbial biomass and nitrogen dynamics in field plots transitioning from conventional to organic management

Resumo

Foi avaliada a dinâmica da densidade aparente do solo, da matéria orgânica, da biomassa microbiana, do nitrogênio e das comunidades de nematoides por um período de quatro anos em parcelas de campo em transição de práticas agrícolas convencionais para orgânicas. Uma rotação de soja, milho, aveia e feno foi usada como estratégia de transição orgânica e o sistema de agricultura convencional teve uma rotação de milho e soja para comparação. O milho orgânico recebeu esterco bovino com palha crua e composto de aves a uma taxa de 27 e 28 Mg/ha, respectivamente, e a aveia orgânica recebeu esterco bovino com palha crua e composto de aves a uma taxa de 18 e 1,8 Mg/ha, respectivamente, enquanto as parcelas convencionais receberam fertilizantes sintéticos. Todas as culturas no sistema orgânico receberam plantio primário (arado com cinzel, discos e dentes), ao passo que apenas o milho recebeu plantio primário no sistema convencional, mas a soja foi cultivada em plantio direto. O controle de ervas daninhas foi mecânico (dois discos, enxadas rotativas e cultivo em linha) no sistema orgânico, enquanto os herbicidas foram usados no sistema convencional. A densidade aparente do solo não diferiu entre os dois sistemas em um período de quatro anos, mas a agricultura orgânica apresentou matéria orgânica ligeiramente mais alta, matéria orgânica associada a minerais e matéria orgânica particulada. O sistema convencional tinha mais N nos reservatórios minerais, conforme indicado pelo NO3-N mais alto, enquanto o sistema orgânico tinha mais N na biomassa microbiana, indicando mudanças nos reservatórios de nitrogênio entre os dois sistemas. Os nematoides bacterívoros foram mais abundantes no sistema orgânico do que no convencional durante a maior parte do período de estudo. Em contrapartida, o sistema convencional apresentou populações significativamente mais altas do nematoide de lesão radicular, Pratylenchus crenatus, do que o sistema orgânico após a conclusão do ciclo de rotação (período de transição) na primavera de 2004. As parcelas de feno orgânico apresentaram as menores populações de P. crenatus em comparação com o milho, a soja e a aveia. As estimativas do perfil da fauna de nematoides mostraram que as redes alimentares eram altamente enriquecidas e moderadamente a altamente estruturadas, e os canais de decomposição eram bacterianos em ambos os sistemas. A ausência de diferenças no índice de estrutura entre os sistemas orgânico e convencional provavelmente se deve à lavoura excessiva no sistema de cultivo orgânico, o que pode ter impedido o acúmulo de nematoides onívoros e predatórios sensíveis à lavoura que contribuem para o índice de estrutura. Concluímos que a transição da agricultura convencional para a orgânica pode aumentar a biomassa N microbiana do solo e as populações de nematoides bacterívoros benéficos e, ao mesmo tempo, reduzir as populações do nematoide parasita de plantas predominante, P. crenatus. Nossas descobertas também destacam os possíveis benefícios da redução da lavoura para o desenvolvimento de uma rede alimentar mais madura no solo.

Abstract

Dynamics of soil bulk density, organic matter, microbial biomass, nitrogen, and nematode communities were assessed for a period of 4 years in field plots transitioning from conventional to organic farming practices. A rotation of soybeans, corn, oats and hay was used as an organic transitioning strategy and the conventional farming system had a corn and soybean rotation for comparison. Organic corn received raw straw pack beef manure and poultry compost at the rate of 27 and 28 Mg/h, respectively, and organic oats received raw straw pack beef manure and poultry compost at the rate of 18 and 1.8 Mg/h, respectively, while conventional plots received synthetic fertilizers. All crops in the organic system received primary tillage (chisel plow, disked and tined) whereas only corn received primary tillage in the conventional system but soybeans were no-till. Weed control was mechanical (twice diskings, rotary hoeings and row cultivation) in the organic system whereas herbicides were used in the conventional system. Soil bulk density did not differ in the two systems over a 4-year period but organic farming had slightly higher organic matter, mineral associated organic matter and particulate organic matter. Conventional system had more N in the mineral pools as indicated by higher NO3−-N whereas organic system had higher N in the microbial biomass indicating shifts in nitrogen pools between the two systems. Bacterivore nematodes were more abundant in the organic than the conventional system for most of the study period. In contrast, the conventional system had significantly higher populations of the root lesion nematode, Pratylenchus crenatus, than the organic system after completion of the rotation cycle (transition period) in spring 2004. The organic hay plots had the lowest populations of P. crenatus compared to corn, soybeans and oats. Nematode faunal profile estimates showed that the food webs were highly enriched and moderately to highly structured and the decomposition channels were bacterial in both systems. The lack of differences in structure index between the organic and conventional systems is probably due to the excessive tillage in the organic farming system, which may have prevented the build up of tillage-sensitive omnivorous and predatory nematodes that contribute to the structure index. We conclude that transition from conventional to organic farming can increase soil microbial biomass-N and populations of beneficial bacterivore nematodes while simultaneously reducing the populations of predominant plant-parasitic nematode, P. crenatus. Our findings also underscore the potential benefits of reducing tillage for the development of a more mature soil food web.