Synergistic effects of vermicompost and phosphate-solubilizing bacteria on wheat growth, phosphorus bioavailability, and soil microbial dynamics in calcareous soils

Technische Samenvatting: Synergetische effecten van wormcompost en fosfaatoplosende bacteriën op tarwe in kalkhoudende bodems

Probleemstelling
Kalkhoudende bodems, die meer dan 30% van het wereldwijde landoppervlak beslaan en ongeveer 65 miljoen feddans in Egypte, worden gekenmerkt door een hoge pH, een verhoogd gehalte aan calciumcarbonaat en een lage fosforbeschikbaarheid (P). In deze alkalische omgevingen heeft fosfor de neiging te precipiteren als onoplosbare calciumfosfaten, wat de gewasproductiviteit ernstig beperkt. Hoewel organische amendementen en microbiële inoculanten bekend staan om het verbeteren van de bodemvruchtbaarheid, is er onvoldoende data over de specifieke synergetische impact van de combinatie van wormcompost met fosfaatoplosende bacteriën (PSB) op de groei van tarwe en de P-biobeschikbaarheid onder kalkhoudende omstandigheden.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een kasexperiment met potten volgens een volledig gerandomiseerd blokontwerp (RCBD) met zes replicaten. De experimentele bodem was een zandige leemachtige kalkhoudende bodem verzameld uit Borg El Arab, Egypte, met een initiële pH van 8,3 en een laag beschikbaar P (8,3 mg/kg).

• Behandelingen: Acht behandelingen werden geëvalueerd:
  1. Controle (geen toevoegingen).
  2. Alleen PSB-inoculatie.
  3. Drie doses wormcompost alleen (10, 15 en 20 ton fed⁻¹; aangeduid als V1, V2, V3).
  4. Drie geïntegreerde behandelingen waarbij de doses wormcompost werden gecombineerd met PSB (V1+B, V2+B, V3+B).
• Inputs:
  • Wormcompost: Geproduceerd uit tarweresten en runderbemesting met behulp van Eisenia fetida, P. excavatus en Lumbricus rubellus. Het bevatte 19,2% organische koolstof en 1,58% totaal N.
  • PSB: Geïsoleerd uit de rhizosfeer van gezonde tarwe in Alexandrië, Egypte, met behulp van Pikovskaya's agar. De geselecteerde stam werd gekweekt tot ~10⁹ CFU/mL en toegepast als een op veen gebaseerde zaadcoating.
  • Nutriënten: Een basisapplicatie van P (150 mg/kg), K (120 mg/kg) en gesplitste N (120 mg/kg) werd aan alle potten toegevoegd om nutriëntentoereikendheid te garanderen, behalve bij de variabele behandelingen.
• Gewas: Tarwe (Triticum aestivum L., cv. Giza 171) werd geoogst 70 dagen na inzaai.
• Metingen: Parameters omvatten de groei van scheuten en wortels (hoogte, vers/droog gewicht, wortellengte, wortelhaarlengte, oppervlakte), plant-P-opname, beschikbare bodem-P (Olsen-methode), bodem-pH, microbiële biomassa-koolstof, alkalische fosfataseactiviteit, microbiële respiratie en bacteriële tellingen.

Belangrijkste Resultaten
De studie toonde aan dat de gecombineerde toepassing van wormcompost en PSB superieure resultaten opleverde in vergelijking met individuele behandelingen of de controle.

• Plantengroei: De V3+B-behandeling (20 ton fed⁻¹ wormcompost + PSB) verbeterde alle groeiparameters significant. Vergeleken met de controle nam de planthoogte toe van 21 cm naar 68 cm, het verse gewicht van de scheut van 1,0 naar 2,7 g plant⁻¹, en het droge gewicht van de scheut van 0,27 naar 0,57 g plant⁻¹.
• Wortelarchitectuur: De wortelontwikkeling werd aanzienlijk verbeterd. De wortellengte nam toe van 3650 naar 5100 cm plant⁻¹, en de totale wortelhaarlengte schoot omhoog van 6,6 naar 35,28 mm cm⁻¹ wortel. De gemiddelde halve afstand tussen de wortels (r1) nam significant af in de gecombineerde behandelingen, wat wijst op een uitgebreide nutriënten-depletiezone.
• Fosfordynamiek:
  • Beschikbare bodem-P: Nam toe van 5,4 mg kg⁻¹ in de controle naar 25,7 mg kg⁻¹ in de V3+B-behandeling.
  • Plant-P-opname: Steeg van 0,83 naar 4,47 mg P plant⁻¹.
  • Bodem-pH: De gecombineerde behandelingen verlaagden de bodem-pH van 8,37 naar 7,93, een significantere reductie dan wormcompost of PSB alleen.
• Microbiële Activiteit: De geïntegreerde aanpak stimuleerde de biologische gezondheid van de bodem aanzienlijk. De microbiële biomassa-koolstof nam toe van 64,1 naar 296,3 mg kg⁻¹, de alkalische fosfataseactiviteit van 21,8 naar 181,5 µg p-NP g⁻¹ h⁻¹, en de microbiële respiratie van 0,19 naar 1,16 CO₂-C mg g⁻¹ dag⁻¹.
• Correlaties: Sterke positieve correlaties werden waargenomen tussen plantengroei/P-opname en microbiële activiteit (bijv. planthoogte versus P-opname, r = 0,993). Omgekeerd vertoonde de bodem-pH sterke negatieve correlaties met beschikbare P en microbiële biomassa, wat bevestigt dat pH-reductie een primaire mechanisme is voor verbeterde P-beschikbaarheid.

Belangrijkste Bijdragen en Betekenis
Het artikel stelt dat de integratie van wormcompost en PSB een sterke synergetische interactie creëert die de dubbele uitdagingen van lage P-beschikbaarheid en beperkte microbiële activiteit in kalkhoudende bodems aanpakt.

• Mechanisme van Synergie: De auteurs stellen dat wormcompost een gemakkelijk beschikbare koolstofbron en nutriënten biedt die de metabole activiteit van PSB stimuleren, wat leidt tot een verhoogde secretie van organische zuren en fosfatase-enzymen. Tegelijkertijd verlagen de organische zuren uit de afbraak van wormcompost de bodem-pH, wat de P-oplosbaarheid verder verbetert en een gunstiger milieu voor PSB creëert.
• Duurzame Strategie: De studie concludeert dat deze geïntegreerde aanpak een effectieve, duurzame strategie is voor het verbeteren van de bodemvruchtbaarheid en de tarweproductiviteit in alkalische agro-ecosystemen. Het biedt een levensvatbaar pad om de afhankelijkheid van chemische meststoffen te verminderen terwijl de microbiële functionaliteit van de bodem wordt verbeterd.
• Beperkingen: De auteurs merken op dat de studie onder kasomstandigheden is uitgevoerd met een enkel cultivar en één type bodem. Zij benadrukken dat veldvalidatie in diverse agro-ecologische regio's noodzakelijk is om de effectiviteit op lange termijn te bevestigen.

Samenvattend levert het onderzoek bewijs dat de co-applicatie van organische amendementen (wormcompost) met specifieke microbiële inoculanten (PSB) de beperkingen van kalkhoudende bodems aanzienlijk kan overwinnen, wat leidt tot verbeterde tarwegroei, verbeterde fosforbeschikbaarheid en een actiever bodemmicrobioom.