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Microbial nitrogen cycling and functional diversity of soil microbes in organic and conventional farming systems under temperate and tropical climates

English title Microbial nitrogen cycling and functional diversity of soil microbes in organic and conventional farming systems under temperate and tropical climates
Applicant Mäder Paul
Number 182390
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL)
Institution of higher education Research Institute of Organic Agriculture - FiBL
Main discipline Agricultural and Forestry Sciences
Start/End 01.01.2019 - 31.12.2021
Approved amount 462'580.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Agricultural and Forestry Sciences
Environmental Research

Keywords (10)

nitrogen; organic; system; function; tropics; soil; agriculture; temperate; diversity; microbes

Lay Summary (German)

Lead
Für die Entwicklung einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Praxis spielt die mikrobielle Stickstoffumsetzung in landwirtschaftlich genutzten Böden eine entscheidende Rolle. In diesem Projekt wird die Bodenmikrobiologie von Langzeitversuchen unter konventioneller und biologischer landwirtschaftlicher Praxis in den tropischen und gemässigten Klimaten untersucht und auf ihr Potential Stickstoffverbindungen umzusetzen charakterisiert.
Lay summary

Die Entwicklung einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Praxis ist eine der entscheidendsten Herausforderungen für Sicherstellung weltweiter Ernährungssicherheit. Biologische Landwirtschaft wird dabei als Möglichkeit angesehen die Umweltbelastungen durch die Landwirtschaft zu minimieren. Da eine Reihe von Umweltproblemen (e.g. Nitratauswaschung und N2O Emissionen) und die Pflanzenernährung von der Stickstoffverfügbarkeit im Boden beeinflusst wird  kommt der mikrobiell gesteuerten Stickstoffumsetzung eine besondere Bedeutung zu. In diesem Projekt wird die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur von Böden aus Langzeitversuchen unter konventioneller und biologischer landwirtschaftlicher Praxis in der Schweiz, Kenia, Indien und Bolivien, bestimmt und auf ihr Potential Stickstoffverbindungen umzusetzen charakterisiert. Weiterhin wird die aktive, funktionelle Diversität von Bodenmikroorganismen während einer Vegetationsperiode unter Abhängigkeit von konventioneller und biologischer landwirtschaftlicher Praxis in der Schweiz untersucht. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sollen dabei helfen die boden- und stickstoffrelevanten Grundlagen einer klima- und umweltfreundlichen landwirtschaftlichen Praxis in den gemässigten und tropischen Klimaten zu identifizieren.       

Direct link to Lay Summary Last update: 11.10.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
172466 SOILCLIM 01.01.2017 BiodivERsA
143137 Structure and function of N2O producing and reducing microbial communities as influenced by soil management 01.04.2013 NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource
160904 Application of organic bio-fertilizer technology to improve the sustainability of date palm production and cultivation 01.08.2016 r4d (Swiss Programme for Research on Global Issues for Development)
158392 Sustainable provisioning of multiple ecosystem services in agricultural landscapes (ECO-SERVE) 01.01.2015 FACCE Joint Programming Initiative

Abstract

Current agricultural practices are a major cause of environmental degradation. Consequently, the development of sustainable agricultural practices is one of the greatest challenges for the agricultural sector. This especially applies for tropical climates were the agroecosystems functions are threatened by human induced climate change. Intensive fertilization in conventional agricultural practice fosters excess soil nitrogen, which is related to a range of environmental issues like greenhouse gas emissions, loss of biodiversity or water pollution. Organic farming systems aim at closing nutrient cycles and are proposed as a viable option to reduce the impact of agriculture on ecosystem health. Although soil microbial communities hold a vital role for soil fertility and agricultural production, we still have a limited understanding of their functional role in organic and conventional farming systems. The project aims at a systematical assessment of soils functional potential in nitrogen cycling under organic and conventional farming systems across climatic conditions. To this aim, stable isotope tracing, quantification of functional marker genes and amplicon sequencing technologies will be used to characterize soils from organic and conventional farming systems. System comparison trials in Kenya, India and Bolivia will serve as research platform for the tropical climates. For the temperate climate, the DOK system comparison trial in Therwil (Switzerland) will be used to characterize not only shifts in diversity but also in the metabolic potential of the soil microbiome during the vegetation phase. In this field trial, shotgun metagenomics and metatranscriptomics will be employed to identify key species for agricultural production in organic and conventional farming systems. By linking results of molecular biological methods to soil functions and plant nitrogen uptake, we will obtain new insights into the drivers of agricultural production. In turn, the outcomes will assist the future development of environmental and climate-smart agricultural practices in the temperate and tropical climate.
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