Organic farming is necessary to sustainable agriculture, preserve biodiversity and continued growth the sector in agriculture. In organic farming, reduced usage of chemical agents that adversely affect human health and environment, employing amino acids and oil cake fertilizer, plant extracts, and microbial agents are used to provide safe agricultural products to consumers. To investigation microbiome structure, we proceeded on the pepper plant with difference fertilizers and treatments in organic agriculture for three years. The microbial communities were analyzed by the next generation sequencing approach. Difference soil microbiota communities were discovered base on organic fertilizer agents. Occurrences of virus and anthracnose diseases had a low incidence in conventional farming, whereas bacteria wilt disease had a low incidence in microbial agents treated plots. Microbe agents, which applied in soil, were detected in the microbial community and the funding suggested the applied microbes successfully colonized in the organic farming environment.
BACKGROUND: This study aimed to evaluate the combined effects of three components (NPK) of chemical fertilizers with basal application of compost on soil organisms.METHODS AND RESULTS: The soil was treated with five treatments continuously for 15 years: control, PK, NK, NP and NPK. The application of N increased plant growth or biomass, and enhanced organic matter content in the soils. Levels of microbial phospholipid fatty acids (PLFAs) in the soils did not show marked differences among the soils treated with different treatments. However, the principal component analysis showed the changes in the structure of the microbial community in the soil, depending on treatments added. Nitrogen application caused a decrease of pH and an increase of EC in the soils, and these environmental stresses appeared to offset the promoting effect of increased organic matter content on microbial abundance. The abundance of bacterivorous nematodes was the highest in the soils after treating NPK; however, the abundance of fungivorous nematodes was unaffected. There was no significant correlation between the abundances of microbial groups and their feeders. Organic matter content was significantly correlated with the abundance of nematodes in the soils.CONCLUSION: Our results showed that chemical fertilizers affect the soil food chains through both biotic and abiotic factors, and a trophic cascade in the soils may not occur in response to long-term fertilization.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.27
no.3
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pp.15-25
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2019
The study was conducted to compare the chemical properties and microbial activity of soil and the crop productivity by applying homemade liquid fertilizers (LF) used in leading cucumber farms as well as to evaluate the eco-friendly LFs to substitute for a chemical fertilizer. Three homemade LFs, EM, starfish, and native microbes, and a chemical LF were regularly fertigated per three days during the growing season. Chemical LF contained the highest pH, EC (electrical conductivity), and concentrations of T-N, $P_2O_5$, K, Ca, and Mg, while the lowest EC level was observed for EM LF. Soil EC was the highest to the 3.0 dS/m for chemical LF-plots, with lowering soil pH, OM (organic matter), and Mg concentration. Soil chemical properties mostly increased in native microbes LF-plots. However, soil microbial properties were not significantly different among the LF treatment plots. OTU (operational taxonomic units), richness estimator, and diversity index of bacteria and fungi increased in the chemical LF and EM LF based on the pyrosequencing analysis. SPAD and PS II values on the treated-cucumber leaves were seasonally decreased from 32 to 60 days after transplanting, with the rapid decline observed at 45 days after transplanting. Number of leaves and crop height increased in the treatments with EM and native microbes LF. LF treated-cucumber crops were not significantly different for total fresh weight and fruit yield.
This study was carried out to evaluate the effect of temperature on soil microbial biomass, enzyme activities, and PLFA content in the volcanic(VAS) and the non-volcanic ash soil(NVAS). The soils were treated with organic materials such as organic fertilizer pelleted(OFPL), organic fertilizer powdered(OFPD), pig manure compost(PMC), and food waste compost(FWC). Two grams of organic materials were well mixed with 30g of dried volcanic and non-volcanic ash soil(< 2 mm) with 50% of soil moisture content. And the soils were incubated at 10, 20, $30^{\circ}C$ in incubator. Soils were analysed on the incubation times as followed; soil pH, total nitrogen, organic matter(at 75, 150, 270 days), microbial biomass C and PLFA (at 75, 270 days), microbial biomass N and soil enzyme(at 150, 270 days). pH values of soils treated with PMC and FWC had no changes on soil type, and incubation temperature. However, the pH was increased with temperature in the soils treated with OFPL. The changes in NVAS was higher than in VAS. Soil microbial biomass C content were high in the condition of high temperature and organic fertilizers treatment in VAS. But the contents were gradually decreased with incubation period in both NVAS and VAS. Soil microbial biomass N was high in NVAS treated with organic fertilizers and in VBS treated with PMC and FWC. PLFA content was higher in NVBS than in VBS at 75 days but showed high in VBS at 270 days. Urease activity of NVBS treated with OFPL showed $10^{\circ}C$ (75.0)> $20^{\circ}C$ (16.3)>$30^{\circ}C$ ($4.6ug\;NH{_4-}N\;g^{-1}\;2h^{-1}$) at 150 days. It were decreased gradually high temperature and time passes. And it showed high at $10^{\circ}C$ in VBS. Glucosidase activity was higher in NVBS than in VBS. Correlation coefficient of between soil microbial biomass C and microbial activity indicators showed that PLFA was high significantly at $r^2=0.91$ in NVBS and ${\beta}-glucosidase$ was $r^2=0.83$ in VBS. Soil microbial activities showed differences in the relative sensitivities of soil type and soil temperature.
Crop productivity decreases globally as a result of salinization. However, salinity impact on greenhouse-grown crops is much higher than on field-grown crops due to the overall concentrations of nutrients in greenhouse soils. Therefore, this study was performed to determine the short-term changes in growth, photosynthesis, and metabolites of tomato plants grown in greenhouse under heavily input of fertilizers evaluated by microbial activity and chemical properties of soils. The soils (< 3, 3.01~6, 6.01~10 and > 10.01 dS $m^{-1}$) from farmer's greenhouse fields having different fertilization practices were used. Results showed that the salt-accumulated soil affected adversely the growth of tomato plants. Tomato plants were seldom to complete their growth against > 10.0 dS $m^{-1}$ level of EC. The assimilation rate of $CO_2$ from the upper fully expanded leaves of tomato plants is reduced under increasing soil EC levels at 14 days, however; it was the highest in moderate or high EC-subjected (3.0 ~ 10.0 dS $m^{-1}$) at 28 days. In our experiment, soluble sugars and starch were sensitive markers for salt stress and thus might assume the status of crops against various salt conditions. Taken together, tomato plants found to have tolerance against moderate soil EC stress. Various EC levels (< 3.0 ~ 10.0 dS $m^{-1}$) led to a slight decrease in organic matter (OM) contents in soils at 28 days. Salinity stress led to higher microbial activity in soils, followed by a decomposition of OM in soils as indicated by the changes in soil chemical properties.
The present study evaluated the seasonal changes of the soil microbial population by selected media in an organic farming system (OFS) with rye rotation cropping management compared to those in a conventional farming system (CFS) with chemical fertilizers, pesticide and herbicide from May 2009 to October 2010 in an upland field. With the exception of fungi, populations of aerobic bacteria, Gram-negative bacteria, and Bacillus spp. were higher in the OFS soil during soybean-growing stages. In addition, populations of aerobic bacteria, Gram-negative bacteria, and Bacillus spp. in the OFS soil were nearly two times more than those in the CFS soil on reproductive growth stages. Our findings suggested that Bacillus spp. should be considered as responsible factor for microbial population differentiation observed between the OFS and the CFS in upland fields.
In the pursuit of sustainable and environmentally-friendly agricultural practices, we conducted an extensive study on the rhizosphere bacteria inhabiting soils that have been devoid of chemical fertilizers for an extended period exceeding 40 years. Through this investigation, we isolated a total of 80 species of plant growth-promoting rhizosphere bacteria and assessed their potential to enhance plant growth. Among these isolates, Burkholderia cepacia CD2 displayed remarkable plant growth-promoting activity, making it an optimal candidate for further analysis. Burkholderia cepacia CD2 exhibited a range of beneficial characteristics conducive to plant growth, including phosphate solubilization, siderophore production, denitrification, nitrate utilization, and urease activity. These attributes are well-known to positively influence the growth and development of plants. To validate the taxonomic classification of the strain, 16S rRNA gene sequencing confirmed its placement within the Burkholderia genus, providing further insights into its phylogenetic relationship. To delve deeper into the potential mechanisms underlying its plant growth-promoting properties, we sought to confirm the presence of specific genes associated with plant growth promotion in CD2. To achieve this, whole genome sequencing (WGS) was performed by Plasmidsaurus Inc. (USA) utilizing Oxford Nanopore technology (Abingdon, UK). The WGS analysis of the genome of CD2 revealed the existence of a subsystem function, which is thought to be a pivotal factor contributing to improved plant growth. Based on these findings, it can be concluded that Burkholderia cepacia CD2 has the potential to serve as a microbial fertilizer, offering a sustainable alternative to chemical fertilizers.
This study the effects of the application of organic farming materials on the soil Physicochemistry property and plant growth, yield and components of Tomato were compared with conventional culture. The results obtained from the experiment are summarized as follows : 1. The effect of soil chemical properties after application organic farming materials, The amounts of pH and O.M. in N, P, K treated plot were few of change, To the contrary, fermentation compost and microorganisms fermentation compost treated plot were some increase, Amount of $P_2$$O_{5}$, Ca and K increase in comparison with the N, P, K treated plot. 2. Changes of soil microbial after application organic farming materials, The number of bacteria, actinomycetes and fungi in N, P, K treated plot were appeared definite direction. to the contrary, The number of bacteria and actimycetes in fermentation compost and microorganisms fermentation compost treated plot showed the increased tendency, The number of fungi showed the decreased tendency. 3. Effect of organic farming materials application on the growth and yield of tomato was superior in order of microorganisms fermentation compost plot〉 chemical fertilizers plot〉 fermentation compost plot. especially, chicken manure + microorganisms fermentation compost treated plot was the highest. 4. Effect of organic farming materials application on the components of tomato were not different.
Salinity of soils in greenhouse has been increased by massive application of fertilizers. Nitrogen fertilizer was most popular, and thus nitrate became the majority of soil salinity. Accumulation of nitrate led to deleterious effects on the growth and development of crops and vegetables. Microbial strains able to utilize nitrate and thus remove excess nitrate from farm land soils were isolated from 15 different soils of greenhouses and plastic film houses. Four strains able to grow in medium containing 50 mM $KNO_3$ were isolated, among which only E0461 showed high capacity of nitrate uptake. Nitrate uptake by E0461 was dependent on culture medium and was increased by addition of tryptone and peptone. Although E0461 was able to grow without tryptone and peptone, growth was slow, and no nitrate uptake was observed. Nitrate appeared to facilitate E0461 growth in the presence of tryptone and peptone. Through kinetic analysis, nitrate uptake was measured at various concentrations of nitrate, and half-life was calculated. Nitrate concentration decreased with increasing incubation period, and plot between half-lives and initial concentrations of nitrate fitted to single exponential function. These results suggest one major factor plays an important role in microbial nitrate uptake.
Lee, Chang Hoon;Park, Chang Young;Jung, Ki Youl;Kang, Seong Soo
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.46
no.3
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pp.223-229
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2013
Sustainability index was calculated to determine the best management for rice productivity under long-term inorganic fertilizer management's practices. It is based on nutrient index, microbiological index and crop index related to sustainability as soil function. Indicators for calculating sustainability index were selected by the comparison of soil properties and rice response in paddy soil with fertilization. Total twenty two indicators were determined to assess nutrient index, microbiological index and crop index in order to compare the effect of different fertilization. The indices were applied to assess the sustainability with different inorganic fertilizer treatments such as control, N, NK, NP, NPK, NPK+Si, and NPK+Compost. The long-term application of compost with NPK was the highest sustainability index value because it increased nutrient index, microbial index and crop index. The use of chemical fertilizers resulted in poor soil microbial index and crop index, but the treatments like NP, NPK, and NPK+Si were maintained sustainability in paddy soil. These results indicate that application of organic and chemical fertilizer could be a good management to improve rice sustainability in paddy soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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