The contribution of different fauna communities to improved soil health

Abstract

For improved and sustainable soil productivity, the application of soil conserving cropping systems is important. This study characterizes soil fauna as a basis for comparing conservation agriculture and conventional ploughing systems and focuses on soil health of sandy, sandy loam and clayey soils in smallholder farms under sub-humid and semi-arid conditions in Zimbabwe. Fauna contribution to soil health was explored. <br /> Beetle larva (Coleoptera), earthworm (Opisthophora), mycorrhiza spore (Glomales), nematode (Tylenchida and Dorylaimida) and termite (Isoptera) densities were measured in conventionally ploughed (CP), direct seeded (DS), ripped (RR) and basin (BA) treatments on farms at Henderson, Chinyanga, Kajengo (all in agro-ecological zone II), Makwara and Zhinya (agro-ecological zone IV). Maize and soyabean were used as test crops. Rates of maize mulch loss were determined for winter and summer seasons. Shannon Wiener indices were used to analyse the changes in species and genera of weeds and nematodes respectively. Weed species responses to treatments and weed management regimes were explored at each site. Perceptions of soil fauna on the farms were sought from farmers in Shamva and Zimuto. High species richness was measured under mulched ripper and direct seeder treatments. Beetle larvae and termite densities increased significantly (P < 0.05) under DS and RR compared to CP across all sites. Nematode densities were not responsive to the mulch and tillage treatments. There was a near balanced ratio between densities of phyto-parasitic and free living nematodes over the two seasons (2006 and 2007). There was an increase in densities with time, though low numbers were measured. Planting soybean after maize increased nematode genera evenness (2.16) and diversity (5.70) on ripped and direct seeded treatments on clayey soils. Low dominance of phyto-parasitic nematode genera suggests low risk of maize infection. Termite activities resulted in an increased gallery construction especially on mulched DS and RR treatments. Gallery material built on the surface of sandy soils contained more clay, soil organic mater and silt compared to adjacent soils, but on clayey soil, the clay fraction of gallery material (3 %) was lower than on the adjacent soil (39 %). The mycorrhiza spore densities in the gallery material were always lower than those in the soil. In the litter bag experiment, the decomposition of mulch material was determined. Lower decomposition rates of surface mulch were measured in winter (8 - 20 %) compared to summer (45-65 %), with highest losses in the semi-arid zone at Makwara. The decomposition constants <i>k</i> calculated from the exponential decay function y = a.e^-kx during summer were 10-fold those in winter. The <i>k</i> values were lowest at Henderson, (0.017 and 0.17) and highest at Makwara (0.025 and 0.24) for winter and summer, respectively. <i>Richardia scabra, Galinsoga parviflora</i> and <i>Eleusine indica</i> were common weeds across the five sites. Introducing a late weeding treatment reduced weed densities significantly at Henderson compared to other sites. Participatory rapid appraisal results show that farmers perceived termites as the dominant fauna on the farm and as a pest to maize. Under conventional ploughing systems, complete crop residue removal is practised. Management of maize residues after harvest is mainly meant to secure livestock feed during the dry winter season. On a small scale, mulching was practiced using crop residues and tree litter in vegetable gardens.<br /> On farms with <i>Chromic Luvisol, Ferrali-Gleyic Arenosol</i> and <i>Gleyic Luvisols</i> and <i>Brachstegia-Julbernadia</i> dominated <i>miombo</i> savanna vegetation in eastern and southern Africa, in the short term, beetle larvae and termites densities responded to conservation agriculture better than nematodes and earthworms. The increased fauna biomass improves soil health. Macrofauna participates in decomposition, soil turnover and modification. Gallery building by termites, for example, increases surface clay, silt and organic matter contents in sandy soils. Furthermore, termites through their galleries, participate in mycorrhiza spore inoculation of the soil.

<strong>Der Beitrag verschiedener Faunengemeinschaften zu verbesserter Bodengesundheit - Der Fall von Böden in Zimbabwe unter bodenschonenden Anbauverfahren</strong><br /> F ür eine verbesserte und nachhaltige Bodenproduktivität sind bodenschonende Anbausysteme wichtig. Diese Studie untersucht Bodenfauna als eine Grundlage für den Vergleich zwischen Bodenschonenden Anbauverfahren (<i>conservation agriculture</i>) und konventionellem Anbau und legt dabei den Schwerpunkt auf Bodengesundheit in kleinbäuerlichen Farmen mit sandigen, sandig-lehmigen und lehmigen Böden in sub-humiden und semi-ariden Gebieten in Zimbabwe. <br /> Die Dichten von Käferlarven (Coleoptera), Regenwürmern (Opisthophora), Mykorrhiza-Sporen (Glomales), Nematoden (Tylenchida and Dorylaimida) und Termiten (Isoptera) wurden erfasst in auf konventionelle Weise gepflügten (CP) Feldern sowie Feldern unter Behandlung mit Direktsaat (DS), Untergrund-(Tiefen)-Lockerer (<i>ripper</i>; RR) and als "Becken" (BA) bei Kleinbauern in Henderson, Chinyanga, Kajengo (alle in der agroökologischen Zone II), Makwara und Zhinya (Zone IV). Mais und Soya wurden als Testanbaupflanzen eingesetzt. Maismulch-Verlustraten wurden für die Winter- und Sommersaison bestimmt. An jedem Standort wurde die Reaktion der Unkräuter auf Behandlungen und Unkrautmanagementmaßnahmen erfasst. Die Wahrnehmung der Bodenfauna durch Farmer wurde in Shamva and Zimuto erfasst. Shannon Wiener Indizes wurden benutzt, um die Änderungen in der Arten- und Gattungs-Zusammensetzung der Unkräuter und der Nematoden zu analysieren. Eine hohe Artenvielfalt wurde unter den gemulchten RR- und DS-Behandlungen bestimmt. Die Dichte von Käferlarven und Termiten nahm signifikant (P < 0.05) an allen Standorten bei RR und DS - verglichen mit CP - zu. Die Nematodendichte wurde durch die Mulch- bzw. unterschiedlichen Bodenbehandlungen nicht beeinflusst. Die Dichte von phytoparasitisch und frei lebenden Nematoden war ähnlich über beide Jahreszeiten (2006 and 2007). Der Anbau von Sojabohnen im Anschluss an Mais auf den tonhaltigen Böden bewirkte eine Zunahme der Gleichförmigkeit in der Zusammensetzung (evenness) der Nematodengattungen (2.16) und Vielfalt (5.70) unter den RR- und DS-Behandlungen. Eine geringe Dominanz von phytoparasitischen Nematodengattungen deutet auf ein geringeres Risiko hinsichtlich Maisbefall hin. Insbesondere auf den gemulchten DS- und RR-Flächen wurde eine verstärkte Galeriebautätigkeit durch Termiten beobachtet. Galerien sind überbaute Laufgänge und ein Indikator der Termitentätigkeit. Auf den sandigen Böden enthielt das Galerienmaterial mehr Ton, bodenorganisches Material und Schluff als der umliegende Boden; auf tonhaltigen Böden war allerdings der Tonanteil (3 %) niedriger als im umliegenden Boden (39 %). Die Dichte der Mycorrhizasporen in dem Galeriematerial war jedoch immer niedriger als im Boden. Im Netzbeutel-Versuch wurde der Abbau von Mulchmaterial untersucht. Es ergaben sich niedrigere Mulch-Abbauraten im Winter (8-20 %) als im Sommer (45-65 %); die höchsten Werte wurden in Makwara beobachtet. Im Sommer waren die Abbaukonstanten <i>k</i>, berechnet aus der exponentiellen Abbaufunktion y = a.e^-kx, 10-mal höher als die Werte im Winter. Die <i>k</i>-Werte im Winter bzw. Sommer waren am niedrigsten in Henderson (0.017 bzw. 0.17) und am höchsten in Makwara (0.025 bzw. 0.24). Häufige Unkrautarten an allen Standorten waren <i>Richardia scabra, Galinsoga parviflora</i> und <i>Eleusine indica</i>. Ein spätes Entfernen des Unkrauts reduzierte die Unkrautdichte signifikant stärker in Henderson als an den anderen Standorten. Die Ergebnisse einer partizipativen Schnellerfassung (<i>rapid participatory appraisal</i>) zeigen, dass die Bauern die Termiten als die am häufigsten vorkommende Fauna und als Maisschädling beurteilten. Daten zu Schädlingsbefall bei Mais konnten diese Ansicht allerdings nicht bestätigen. Bei den konventionellen Bodenbearbeitungssystemen werden die gesamten Ernterückstände entfernt, hauptsächlich für Tierfutter während des trockenen Winters. In geringem Umfang wird Mulchen mit Ernterückständen sowie Baumstreu in den Gemüsegärten eingesetzt.<br /> Auf Farmen mit Chromic-Luvisol, Ferrali-Gleyic-arenosol und Gleyic-Luvisol-Böden unter Brachystegia-Julbernadia- dominierter Miombo-Vegetation im östlichen und südlichen Afrika erhöht sich unter bodenschonenden Anbauverfahren die Dichte von Termiten und Käferlarven kurzfristig schneller als die von Nematoden und Regenwürmern. Die erhöhte Faunendichte führt zu einer verbesserten Bodengesundheit. Die Makrofauna beteiligfts ich an Zersetzung, Bodenturbation und -modifikation. Die Galeriekonstruktion durch die Termiten erhöht bei sandigen Böden den Gehalt an Ton, organischem Material und Schluff an der Bodenoberfläche. Die Termiten sind durch ihre Galerien außerdem an der Inokulation des Bodens mit Mycorrhizasporen beteiligt.