Mobile nav

Publication

Home >> Publications >> Publication
Eekeren, N.J.M. van, H. de Boer, M.C. Hanegraaf, J.G. Bokhorst, D. Nierop, J. Bloem, T. Schouten, R.G.M. de Goede and L. Brussaard. 2010. Ecosystem services in grassland associated with biotic and abiotic soil parameters. Soil Biology & Biochemistry. 42(9):1491-1504.

Number of pages: 14

DOI: 10.1016/j.soilbio.2010.05.016

Type of document: Journal Article

More information on authors/freelancers connected to LBI :
Jan G. Bokhorst MSc.;
Nick J.M. van Eekeren Ph.D.


Language of document: English

Title in English: Ecosystem services in grassland associated with biotic and abiotic soil parameters

Abstract / summary in English:

Biotic soil parameters have so far seldom played a role in practical soil assessment and management of grasslands. However, the ongoing reduction of external inputs in agriculture would imply an increasing reliance on ecosystem self-regulating processes. Since soil biota play an important role in these processes and in the provision of ecosystem services, biological soil parameters should be an integral part of soil assessment. The general objective of the current study is to investigate to what extent biotic soil parameters provide additional value in soil quality assessment of grassland on sandy soils. We measured abiotic and biotic soil parameters together with process parameters underlying ecosystem services in 20 permanent production grasslands. Cross-validated stepwise regression was used to identify abiotic and biotic soil parameters that explained the soil ecosystem services soil structure maintenance, water regulation, supply of nutrients, and grassland production, respectively. Process parameters underlying the ecosystem service soil structure maintenance such as bulk density and the percentage of sub-angular blocky elements were mainly influenced by SOM and its qualities. The correlations between penetration resistance at 0–10 cm and the percentage of soil crumbs with earthworms suggested a relationship to earthworm activity. Parameters underlying the service of water regulation showed no clear relationship to biotic soil parameters. Water infiltration rate in the field was explained by the penetration resistance at 10–20 cm. Process parameters underlying the service of nutrients’ supply such as the potentially mineralizable C and N were mainly determined by soil total N. The potential C and N mineralization were more related to biotic soil parameters, whereby each parameter was the other’s antithesis. The grassland production without N fertilization viz. the nitrogen supply capacity of the soil measured as N yield, was mainly explained by soil organic matter (SOM) and soil moisture, and to a lesser extent by soil total N. One gram of SOM per kg of dry soil corresponded to 3.21 kg N yield /ha, on top of a constant of 15.4 kg N /ha. The currently applied calculations in the Dutch grassland fertilization recommendation, underestimated in 85% of the production grasslands, the measured nitrogen supply capacity of the soil by on average 42 kg N /ha (31%). This legitimizes additional research to improve the currently applied recommendations for sandy soils. The response of N yield to N fertilization ranged from 35 to 102%. This wide range emphasizes the importance of a better recommendation base to target N fertilizer. The response of N yield to N fertilization was predicted by the total number of enchytraeids, the underlying mechanism of which needs further investigation on different soil types. This knowledge can be important for the optimal use of fertilizer and its consequences for environmental quality.


Keywords in English: Ecosystem services; Grassland; Soil quality; Soil biota; Soil structure; Water regulation; Nutrient supply; Grass production; Apparent nitrogen recovery
 

Second language of document: Dutch
Status Dutch: Only bibliografic information

Titel in Nederlands: Ecosysteemdiensten in grasland: relatie met biotische en abiotische bodemkenmerken

Abstract / samenvatting in Nederlands:

Biologische bodemkenmerken spelen tot nu toe nauwelijks een rol in de praktijk van bodembeoordeling en beheer van graslanden. Door de huidige vermindering van externe inputs wordt de landbouw echter steeds afhankelijker van zelfregulerende ecosysteemprocessen. Omdat het bodemleven een belangrijke rol speelt in deze processen en het leveren van ecosysteemdiensten, moeten biologische bodemkenmerken een integraal onderdeel worden van bodembeoordeling. Het doel van deze studie was om te onderzoeken wat de toegevoegde waarde is van biologische bodemparameters in de beoordeling van de bodemkwaliteit van graslanden op zandgronden. Daartoe hebben we een aantal abiotische en biotische bodemparameters gemeten in 20 permanente productiegraslanden, samen met procesparameters die een maat vormen voor ecosysteemdiensten. Met behulp van cross-validated stepwise regression is onderzocht welke abiotische en biotische bodemparameters verklarende factoren zijn voor de volgende ecosysteemdiensten: instandhouding van de bodemstructuur, waterhuishouding, beschikbaarheid van nutriënten, en graslandproductie. Parameters die een maat vormen voor de instandhouding van de bodemstructuur, zoals bodemdichtheid en het gehalte afgeronde blokvormige structuren, werden vooral beïnvloed door het organische stofgehalte en de aard ervan. Gevonden correlaties tussen het aantal regenwormen en de penetratieweerstand van de bovenste bodemlaag (0-10 cm) evenals het percentage kruimelvormige structuren geven aan dat regenwormactiviteit een rol speelt bij de instandhouding van de bodemstructuur. Er was geen duidelijk verband tussen biotische bodemparameters en parameters die een maat vormen voor de ecosysteemdienst van waterhuishouding. De in het veld gemeten waterinfiltratiesnelheid was gerelateerd aan de penetratieweerstand in de bovenste bodemlaag (0-10 cm). Procesparameters die een maat vormen voor de ecosysteemdienst van nutriëntenbeschikbaarheid, zoals potentieel mineraliseerbare C en N, werden vooral bepaald door het totale N-gehalte van de bodem. Potentieel mineraliseerbaar C en N waren duidelijker gerelateerd aan biotische bodemparameters dan abiotische parameters, maar met tegenovergestelde relaties. Graslandproductie zonder stikstofbemesting, ofwel het stikstofleverend vermogen van de bodem gemeten als stikstofopbrengst, was vooral gerelateerd aan het organische stofgehalte (OS) en bodemvochtgehalte, en in mindere mate ook aan het totale stikstofgehalte van de bodem. Een gram OS per kg droge grond kwam overeen met 3,21 kg N opbrengst per hectare, bovenop een constante van 15,4 kg N per hectare. Het huidige rekenmodel voor bemestingsadviezen voor graslanden onderschatte het stikstofleverend vermogen van de bodem in 85% van de onderzochte graslanden, met gemiddeld 42 kg N/ha (31%). Dit resultaat geeft duidelijk aan dat er vervolgonderzoek nodig is om de huidige bemestingsadviezen voor zandgronden te verbeteren. Het effect van stikstofbemesting op de stikstofopbrengst varieerde van 35 tot 102%. Deze grote bandbreedte bevestigt het belang van een verbeterd adviesmodel voor stikstofbemesting. Het effect van stikstofbemesting op de stikstofopbrengst was gerelateerd aan het aantal potwormen. Het onderliggende mechanisme moet verder onderzocht worden in verschillende bodemtypes. Deze kennis kan bijdragen aan een optimaal gebruik van meststoffen en de daarmee samenhangende verbetering van de milieukwaliteit.


Trefwoorden in Nederlands: Ecosysteemdiensten; grasland; bodemkwaliteit; bodemleven; bodemstructuur; bodemwaterhuishouding; nutriëntenbeschikbaarheid; grasproductie; schijnbare stikstofbeschikbaarheid; schijnbare stikstofbeschikbaarheid
Ecosystem services in grassland associated with biotic and abiotic soil parameters