Cropping system impact on soil quality determinants

Abstract

Viljelyjärjestelmän vaikutusta maan kasvukunnon biologisiin ja kemiallisiin tekijöihin tutkittiin MTT:n Laukaan tutkimus-ja valiotaimiaseman pitkä aikaisessa kenttä kokeessa. Tutkimuksessa verrattiin neljän viljelykierron vaikutuksia maaperäominaisuuksiin. Tavanomaisessa viljelykierrossa (A)viljeltiin lähinnä viljakasveja (ohra-ohra-ruis-kaura-nauris-kaura vuoteen 1993, jonka jälkeen ohra-ohra-ruis-kaura-ohra-ohra), jotka lannoitettiin suositusten mukaisesti. Kierto A jatkui tavanomaisena viljanviljelynä perustamisvuodesta 1982 vuoteen 1999 asti. Kierto B oli vuoteen 1993 asti muuten A:n kaltainen, mutta sitä lannoitettiin 50 % vähemmän. Kierrot C ja D olivat vuoteen 1993 asti omavaraisia kiertoja, joten niiden typpilannoitus oli peräisin kiertoihin sisältyvistä palkokasveista (ohra-puna-apila-ruis-hernekaura-nauris- hernekaura). Lisäksi näille kierroille annettiin karjanlantaa (vain kokeen alussa), biotiittia ja raakafosfaattia korvaamaan sadon mukana poistunutta kaliumia ja fosforia. Kierrosta C kaikki palautukset kynnettiin käsittelemättöminä maahan, kun taas D-kierrosta palautukset kompostoitiin. Vuonna 1994 kierrot B ja C muutettiin luonnonmukaisen viljelyn siirtymävaihekierroksi 1 ohra-nurmi-nurmi-nurmi-ruis- hernekaura)ja kierto D luonnonmukaisen viljelyn siirtymä vaihekierroksi 2 (ohra-nurmi-nurmi-ruis-kaura-nurmi). Koealueelle tehtiin viljavuusanalyysit vuosina 1983, 1989,1991,1995 ja 1999. Lisäksi vuonna 1999 määritettiin erilaisia biologisia ominaisuuksia koealueen viljaa kasvavista ruuduista. Kiertojen C ja D maaperässä oli vähemmän liukoista fosforia ja kaliumia kuin A-kierron maaperässä. Viljely järjestelmä ei sen sijaan vaikuttanut maan pH-tai johtolukuun eikä maan kalsiumin ja magnesiumin määriin. Jotkut biologiset ominaisuudet olivat reagoineet viljelyjärjestelmään ja toiset eivät. Maan mikrobien typen ja hiilen määrä sekä lierojen lukumäärä ja biomassa olivat luomukierroissa suurempia kuin tavanomaisessa kierrossa. Myös maan orgaanisen hiilen määrä ja denpidätyskapasiteetti olivat yleensä suurempia luomu- kuin tavanomaiskierroissa. Sen sijaan vuodenaika vaikutti enemmän kahdentoista maaperä entsyymin aktiivisuuksiin. Ankeroisten määrä, orgaanisen aineksen hajoamisnopeus, mykorritsan määrä ja toiminta eivät juuri muuttuneet viljelyjärjestelmän muuttuessa. Kenttä kokeen perustamisvaiheessa vuonna 1982 oli pienelle alueelle tapahtunut kalkitusvirhe, joka vielä 17 vuotta myöhemmin näkyi kohonneina kalsium-, fosfori-, pH-ja johtolukuina alueella. Maa muistaa äärikäsittelynsä pitkään. Ylimääräinen kalkitus ei kuitenkaan heijastunut maaperän biologisiin ominaisuuksiin paitsi mykorritsaitiöiden määrään, joka kasvoi yllä mainittujen kemiallisten ominaisuuksien kohotessa. Toinen esimerkki maan muistista on B-kierto, jonka fosforin ja kaliumin sekä lierojen määrät vuonna 1999 olivat lähempänä A-kierron lukuja kuin C-ja D-kierron lukuja. Tässä tutkimuksessa yritettiin määrittää keskeisiä biologisia maaperäominaisuuksia, joita voitaisiin tulevaisuudessa ottaa käyttöön pelto- ja puutarhamaan kasvukunnon mittareina.

Worldwide interest in soil quality evaluation has increased rapidly throughout the past decade, prompting us to evaluate the long-term impact of four cropping systems on several biological, chemical and physical determinants of soil quality. We hypothesized that after 17 years several of the determinants would show significant differences between conventional cereal and low input/organic rotations. Four crop rotations were imposed on a silt soil from 1982 through 1999. Rotation A was a conventionally managed cereal rotation that received 100% of the recommended mineral fertilizer each year. Rotation B was also managed conventionally from 1982 until 1993, although it received only 50% of the recommended mineral fertilizer. From 1994 through 1999, rotation B was managed as an organic rotation. Rotations C and D were low-input rotations with plant residues returned either untreated (C)or composted (D)from 1982 until 1994.From 1994 through 1999,they were also anaged organically. Significant decreases in extractable phosphorus (P)and potassium were observed in rotations C and D compared with rotation A, presumably because their yearly nutrient inputs were somewhat lower. The amount of soil organic carbon (Corg), soil water holding capacity, the numbers and biomass of earthworms and the microbial biomass carbon and nitrogen were or tended to be higher in low input/organic than in conventionally managed plots. These effects may be in connection with the slightly increased levels of Corg in soil of the organic rotations. Activities of twelve enzymes were strongly affected by sampling time (early-versus late-summer), but much less by long-term management. Litter decomposition, numbers of soil nematodes, arbuscular mycorrhizal (AM)fungal diversity,AM spore density and AM functioning were little affected by rotation. However,AM spore density correlated positively with the high amounts of extractable calcium and P which were a result from excessive liming applied to some plots in 1982. The crucial question to be answered in future is whether plant growth and yield will correlate with the changes in soil properties. This question will be dealt with in a further paper using data from the same experiment.