Project

Back to overview

Trees for the enhancement of mycorrhizal functioning in low-input cropping systems

English title Trees for the enhancement of mycorrhizal functioning in low-input cropping systems
Applicant Six Johan
Number 163460
Funding scheme Project funding
Research institution Professur für Nachhaltige Agrarökosysteme Institut für Agrarwissenschaften ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.10.2015 - 31.03.2019
Approved amount 225'042.00
Show all

All Disciplines (4)

Discipline
Experimental Microbiology
Other disciplines of Environmental Sciences
Other disciplines of Earth Sciences
Agricultural Engineering

Keywords (6)

mycorrhiza; Aggregates; agroforestry; Stable isotopes; maize; nutrient cycling

Lay Summary (German)

Lead
Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM) können Pflanzenwachstum verbessern indem sie Nährstoffe für Pflanzen besser zugänglich machen. Obwohl bekannt ist, dass verschiedene Pflanzen über AM-geflechte miteinander verbunden werden können, ist unsicher, zu welchem Ausmass AM-geflechte ein Nährstofftransfer ermöglichen. Insbesondere für Kleinbauern könnte dies allerdings eine bedeutsame Ertragserhöhung erzielen. Als ausdauernde Wirte könnten Bäume dazu beitragen AM-geflechte zwischen den Anbauperioden zu erhalten, somit Kulturpflanzen die Investition in neue Pilzfadennetze zu ersparen und einen guten Wachstumsstart zu ermöglichen. Bisher haben Methodik-Hürden die Erweiterung unserer Kenntnisse über das Ausmass und die Funktion von AM-geflechten in landwirschaftlichen Feldern zurückgehalten. Das Team um Dr. Six, in Zusammenarbeit mit ICRAF bietet nun beste Voraussetzungen die grundliegenden Mechanismen freizulegen und die Forschungsarbeiten um AM-geflechte vom Mikro- zum Feld-Level hervorzuheben.
Lay summary

Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM) leben mit Pflanzen in Symbiose. Sie bilden Pilzfadennetze und kolonisieren Pflanzenwurzeln um Kohlenhydrate zu erhalten. Wirtspflanzen profitieren von einer effizienteren Nährstoffaufnahme. Die Pilzfadennetze machen wichtige Nährstoffe, wie Stickstoff (N) und Phosphat (P), für Pflanzen besser zugänglich. Zudem können AM Pflanzen über Pilzfadennetze miteinander verbinden und somit AM-geflechte bilden. AM-geflechte könnten einen Nährstofftransfer zwischen Pflanzen erlauben. Besonders für neue Sämlinge würde dies eine bedeutende Unterstützung darstellen. Die jungen Sämlinge könnten sich in das bereits existierende AM-geflecht „einklinken“, direkt von einem Nährstofftransfer profitieren und einen Wachstumsvorteil erhalten. Dies könnte insbesondere für Kleinbauern eine bedeutungsvolle Ertragserhöhung erzielen. Allerdings ist es schwierig, AM-geflechte zu erhalten wenn Wirtspflanzen abwesend sind, z.B. zwischen den Anbauperioden. Hier könnte das Integrieren von Bäumen in landwirtschaftliche Felder (Agroforst-System) helfen. Bisher ist unser Verständnis über den Beitrag von Bäumen zu AM-geflechten jedoch sehr beschränkt.

In Agroforst-Systemen in Malawi werden wir überprüfen, ob alleinstehende Mango und Faidherbia albida Bäume das AM-Artenreichtum erhöhen und Maiserträge verbessern. In Gewächshaus- und Feldexperimenten wird, anhand isotopischmarkiertem N und P (15N und 33P) überprüft, ob ein Nährstofftransfer von Baum zu Mais via AM-geflecht stattfindet. Während dieses Projekt unser grundsätzliches Wissen über AM und insbesondere die Funktion von AM-geflechten in Agroforst-Systemen vergrössert, werden wir zusätzlich in der Lage sein, Managementstrategien zu formulieren um die Bodenfruchtbarkeit in Feldern von Kleinbauern in Malawi zu verbessern.

Direct link to Lay Summary Last update: 08.11.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
ICRAF Kenya (Africa)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
ESA2018 - European Society for Agronomy Congress Talk given at a conference Tree-to-Maize Nutrient Transfer via Mycorrhizal Networks in Low-Input Maize Cropping Systems? 27.08.2018 Geneva, Switzerland Dierks Janina;
ESM2018 - Ecology of Soil Microorganisms Conference Talk given at a conference Tree-to-Maize Nutrient Transfer via Mycorrhizal Networks in Low-Input Maize Cropping Systems? 17.06.2018 Helsinki, Finland Dierks Janina;
IsoCycles 2017 Conference Talk given at a conference Tree-to-crop nutrient transfer via mycorrhizal fungi 15.10.2017 Ascona, Switzerland Dierks Janina;
ICOM9 -- 9th International Conference on Mycorrhiza Poster Impact of trees on mycorrhizal abundance and soil fertility in low-input maize cropping systems 30.07.2017 Prague, Czech Republic Dierks Janina;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
World Food System Center Symposium Poster 08.11.2018 ETH Zurich, Switzerland Dierks Janina;
Seminar at ICRAF - The World Agroforestry Center Talk 24.01.2018 Chitedze Research Station, ICRAF, Malawi Dierks Janina;
World Food System Center Symposium Poster 25.10.2017 ETH Zurich, Switzerland Dierks Janina;
World Food System Center Symposium Poster 04.11.2016 ETH Zurich, Switzerland Dierks Janina;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media The 'miracle mineral' the world needs BBC International 2019
Media relations: print media, online media Phosphor - Das unersetzliche Element Die Zeit International 2018
Talks/events/exhibitions Sharing science communication material with Malawian farmers and school International 2017

Awards

Title Year
Congressi Stefano Franscini Award for Best Contribution at IsoCycles 2017 Conference 2017

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
160232 An integrated experiment-model approach to elucidate plant-soil interactions and N transformation in aggregated soils 01.07.2015 Project funding
172940 Integrated soil fertility management for climate smart intensification of maize-based cropping systems in Kenya 01.07.2017 Project funding
191644 Edible research goes storytelling: Participative design of an interactive exhibition on food value chains 01.02.2021 Agora
164807 Edible Research: Hands-on learning for sustainability in agroecosystems 01.08.2016 Agora

Abstract

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), ubiquitous plant-beneficial root-symbionts, have the potential to interlink plant individuals of the same or different species and contribute to improved plant mineral nutrition in the short-term and soil fertility over the longer-term. AMF develop extensive mycelia that aid in aggregate formation and stabilization, exploitation of soil space and nutrient (e.g. phosphorus (P) and nitrogen (N)) acquisition. Fungal hyphal linkages of plants (i.e. common mycorrhizal networks, CMN) provide possible conduits for interplant nutrient exchange, which can be important for plant growth, especially seedling establishment. Due to their perennial nature, trees can play an important role in maintaining the vitality and thus infectivity of AMF mycelia from one cropping season to the next. Crop seedlings may get a nutritional head start by not having to initially invest into the built-up of new AMF mycelia, but rather tapping into the pre-existing mycelia maintained by the trees and immediately be connected into a functional CMN. The maintenance of this CMN can also further enhance the interactions between soil structure, soil biology, and nutrient cycling and, thereby, contribute to the biocycling of nutrients and hence longer-term soil fertility. Yet, our knowledge about the role of trees in sustaining CMN, enabling a tree-to-crop transfer of P and N, and thus enhancing crop establishment remains limited and confined to few model experiments in the greenhouse. This project will elucidate how agroforestry trees via AMF (propagules & CMN) and soil structure influence nutrient uptake and biomass production of maize in Malawian smallholder farms. Particularly, it will elucidate the functionality of trees in supporting AMF that may enhance P and N uptake by maize seedlings via CMN or greater AMF abundance. We will conduct a field survey in Malawian farmers’ fields to assess whether single standing Mangifera indica (mango, Anacardiaceae) and Faidherbia albida (faidherbia, Fabaceae) trees enhance AMF abundance, soil aggregation, and maize performance along distance-from-tree gradients. This survey will elucidate the effectiveness of mango versus faidherbia in increasing maize production through changes in soil functioning (i.e. AMF abundance, nutrient cycling and soil structural maintenance). In a controlled greenhouse experiment, we will use 15N and 33P isotopic nutrient tracers to examine, whether a tree-to-maize and/or soil-to-maize nutrient transfer occurs. By applying isotope tracers either directly to the trees or to labeling compartments in the soil, we will be able to assess whether CMN-facilitated tree-to-maize nutrient transfer and/or soil-to-maize nutrient transfer via AMF mycelia enhances maize performance. To test whether a tree-to-maize nutrient transfer occurs in the field, we will apply 15N to single standing trees in maize fields and trace it to young maize plants, either connected via CMN (if existent at all) or disconnected via physical sheering of AMF mycelia. Besides advancing our fundamental knowledge on AMF, and particularly CMN functioning in the field, the project will allow developing guidelines for soil fertility management strategies capitalizing on AMF mediated soil processes.
-