title: Decomposition driven by invertebrates in tropical rice ecosystems: impacts of management strategies
title: Zersetzung von organischem Material durch Invertebraten in tropischen Reis-Ökosystemen
Creators: name: Schmidt, Anja
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: nutrient supply
Wirbellose
Fruchtwechsel
Nährstoff
litterbags
Litter mass loss
Zersetzung
Life sciences
Philippines
Oryza sativa
Tropen
Wassertiere
Philippinen
Tiere
Reisanbau
detritivores
Bodentiere

description: My thesis provides insights into
      the composition of aquatic and soil-dwelling animal
      assemblages in flooded paddy fields and their potential role
      in nutrient cycling processes. Decomposition is an essential
      ecosystem service which provides natural supply of nutrients
      for plant growth and decreases the need for applying
      artificial fertilizers. In flooded rice ecosystems
      invertebrates are of particular importance for an efficient
      decay of organic matter as microbial decomposition is
      considerably decelerated under anaerobic conditions. The
      experiments presented in this thesis substantiate the value
      of invertebrate detritivores for an effective breakdown of
      crop residues and therefore, for a sufficient nutrient
      availability in paddy soils. Further, my experiments revealed
      that the role of invertebrates in decomposition processes has
      to be seen in the context of field management. Thus, the
      development of sustainable management practices in rice
      agro-ecosystems should also be based on the knowledge about
      the mediating effects of different cultivation methods on
      decomposition as an ecologically and economically relevant
      ecosystem function. Continued efforts to reveal the link
      between the assemblage of animals in rice fields and their
      role in decomposition processes are crucial to extend our
      understanding of the mechanisms behind nutrient utilization
      promoted by rice straw decomposition. Exploiting the full
      fertilization potential of rice straw residuals will help to
      establish sustainable methods for productive rice
      agriculture.
description: Für eine nachhaltige und
      natürliche Steigerung der Bodenfruchtbarkeit ist Reisstroh
      die potenziell wichtigste Nährstoffquelle in Reisfeldern. Um
      den Stickstoff im Stroh effektiv freisetzen zu können, ist
      eine funktionierende Gemeinschaft von Bodenorganismen
      unerlässlich. Unter den anaeroben Bedingungen der
      Reisfeldböden, die während der Anbauphase permanent
      gefluteten sind, spielen Invertebraten für die Zersetzung von
      organischem Material eine besonders wichtige Rolle. Das
      generelle Ziel unserer Experimente war daher, die
      Zusammensetzung der Fauna-Gemeinschaft in Reisfeldern im
      Zusammenhang mit ihrem Beitrag zum Abbau von Reisstroh zu
      untersuchen. Um den mikrobiellen Abbau von dem der
      Zersetzer-Fauna zu differenzieren, wurden Streubeutel mit
      zwei verschiedenen Maschenweiten (20 µm und 5 mm) verwendet
      und entweder auf die Bodenoberfläche der Reisfelder gelegt
      oder in die oberste Bodenschicht eingebracht.
      Bodenkern-Proben wurden zur Bestimmung der Bodenfauna
      verwendet und Wasserkescher-Proben zur Erfassung der
      aquatischen Fauna. Die Ergebnisse unserer ersten Studie
      zeigen deutlich, dass Invertebraten einen großen Einfluss auf
      die Zersetzung von Reisstroh haben und damit die
      Bodenfruchtbarkeit positiv beeinflussen können. Einige
      Zersetzer-Arten leben nur als Larven im Wasser bzw. den
      gefluteten Böden und benötigen als Adulte eine ausreichende
      Strukturvielfalt in der Umgebung der Felder. Wir konnten
      zeigen, dass in Ufernähe die Abbauaktivität der Fauna am
      höchsten ist und Richtung Feldmitte stetig abnimmt. Anstatt
      ein großes Reisfeld anzulegen, könnte das Aufspalten der
      Fläche in mehrere kleine Felder die Nährstofffreisetzung
      durch den Abbau von Reisstroh fördern und zur Verbesserung
      des Pflanzenwachstums beitragen. Das Ziel unserer zweiten
      Studie war es, den Einfluss verschiedener
      Bewirtschaftungsformen, genauer, den unterschiedlichen Umgang
      mit Ernterückständen auf die Aktivität der
      Zersetzer-Invertebraten und die Abundanzen der Wasser- und
      Bodenfauna zu untersuchen. Im Gegensatz zur Düngung mit der
      Asche von verbranntem Stroh, konnten in den Feldern, in denen
      Reisstroh als natürlicher Dünger verwendet wurde, eine
      deutlich höhere Anzahl an wirbellosen Tieren erfasst werden.
      Auch die Menge an abgebautem Stroh war stark abhängig von der
      jeweiligen Form der Bewirtschaftung. Generell konnte kein
      Zusammenhang zwischen der Abundanz der Boden- und Wasserfauna
      und der Abbaugeschwindigkeit des Reisstrohs in unseren
      Streubeuteln festgestellt werden. Dennoch konnten wir
      nachweisen, dass das Einbringen von Reisstroh in Reisfelder
      sowohl einen signifikanten Einfluss auf die
      Abbaugeschwindigkeit durch die Zersetzer-Fauna hat, als auch
      die Abundanz diverser Faunagruppen deutlich erhöhen kann. Um
      einen genaueren Einblick in die Zersetzungsvorgänge und den
      jeweiligen Beitrag der Fauna und der Mikroorganismen in
      Reisökosystemen zu bekommen, sind Langzeitstudien über
      mehrere Anbauperioden nötig. In dieser Zeit könnte sich die
      Gemeinschaft der Bodenorganismen an die veränderten
      Bewirtschaftungspraktiken anpassen. Die Einführung einer
      Trockenanbau-Periode im Wechsel mit Nassreis kann dazu
      beitragen, den enormen Wasserverbrauch und die extrem hohen
      Mengen an Treibhausgasen, die der geflutete Reisanbau
      produziert, zu reduzieren. Solch ein Fruchtwechsel birgt
      natürlich auch Risiken, besonders für die Gemeinschaft der
      Bodenorganismen. Deshalb haben wir verschiedene Fruchtwechsel
      daraufhin untersucht, welchen Einfluss sie auf die Abundanz
      und Aktivität der Bodenfauna haben. Mikrobielle Abbauprozesse
      sind bekanntermaßen unter Sauerstoffmangel stark verlangsamt.
      Daher war der mikrobielle Abbau des Reisstrohs unter den
      aeroben Bedingungen der Trockenphase sehr stark erhöht.
      Obwohl wir eine sehr viel höhere Anzahl an Invertebraten im
      Boden der Trockenfelder nachweisen konnten, war der Beitrag
      der Bodenfauna zum Streuabbau in dieser Zeit
      vernachlässigbar. Nach dem Fruchtwechsel zu geflutetem
      Nassreis zeigte die Zersetzer-Fauna wieder eine sehr hohe
      Aktivität, während der mikrobielle Beitrag stark abnahm. Der
      Gesamtverlust an Stroh unterschied sich am Ende zwischen den
      Fruchtwechseln nicht. Das heißt, die Gemeinschaft der
      Bodentiere ist in der Lage den stark verlangsamten
      mikrobiellen Abbau im gefluteten Nassreis-Anbau zu
      komplementieren, was sie zu einem essentiellen Faktor für die
      nachhaltige Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit macht.
      Generell ist die Zersetzer-Fauna ein entscheidender Faktor
      auf dem Weg hin zu mehr Nachhaltigkeit im bewässerten
      Reisanbau. Sie kompensiert den stark eingeschränkten
      mikrobiellen Abbau von organischem Material unter den
      vorherrschenden anaeroben Bedingungen und beeinflusst damit
      die Versorgung des Bodens mit wichtigen Nährstoffen. Eine
      stabile Gemeinschaft von Bodenorganismen ist ausschlaggebend
      für ein optimales Pflanzenwachstum und kann dazu beitragen,
      die Bodenfruchtbarkeit zu steigern und dadurch den Bedarf an
      künstlichen Düngemitteln zu reduzieren. Es sollte daher genau
      untersucht werden, welche Auswirkungen sowohl
      landwirtschaftliche Intensivierungsmaßnahmen und der damit
      einhergehende Verlust an Biodiversität als auch der Klima‐
      und Landnutzungswandel auf die Gemeinschaft und
      Funktionalität der Bodenorganismen haben.