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Sustainable intensification of agricultural production: a review of four soil amendments Cover

Sustainable intensification of agricultural production: a review of four soil amendments

Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment
Volume 69 (2018): Issue 3 (September 2018)
By: Katharina Maria Keiblinger and  Rosana Maria Kral  
Open Access
|Nov 2018

Figures & Tables

Figure 1

Management intensity and regulatory processes by soil biodiversity (modified from Bender et al., 2016). Arrows indicate the relation of resource inputs, losses, and soil regulatory processes conducted by soil microbes. (a) The extensive system is characterized by low resource inputs and losses and shows rich soil life, a high rate of internal regulatory processes, and low production. (b) The intensive system is characterized by high resource inputs and outputs and has a depleted soil life, a low rate of internal regulatory processes, but high production. (c) Ecological intensification in the ideal case integrates traits of both systems and leads to a sustainable system that is characterized by moderate resource inputs and has a rich soil life, a high rate of soil regulatory processes, low nutrient losses, and high productivity.Abbildung 1. Managementintensität und regulatorische Prozesse durch Biodiversität im Boden (modifiziert nach Bender et al., 2016). Pfeile zeigen die Zuführung von Ressourcen und das Ausmaß von Verlusten und Bodenregulationsprozessen, die von Bodenmikroben durchgeführt werden. A) Das extensive System zeichnet sich durch geringe Ressourceneinträge und -verluste aus und zeigt eine reiche Bodenlebensdauer, eine hohe Rate an internen Regulierungsprozessen und eine geringe Produktion. B) Das intensive System zeichnet sich durch hohe Ressourceneinträge und -verluste aus und weist ein erschöpftes Bodenleben, eine geringe Rate an internen Regulierungsprozessen, aber eine hohe Produktion auf. C) Ökologische Intensivierung im Idealfall integriert Merkmale beider Systeme und führt zu einem nachhaltigen System, das sich durch moderate Ressourceneinträge auszeichnet und ein reichhaltiges Bodenleben, eine hohe Rate an Bodenregulationsprozessen, geringe Nährstoffverluste und hohe Produktivität aufweist.
Management intensity and regulatory processes by soil biodiversity (modified from Bender et al., 2016). Arrows indicate the relation of resource inputs, losses, and soil regulatory processes conducted by soil microbes. (a) The extensive system is characterized by low resource inputs and losses and shows rich soil life, a high rate of internal regulatory processes, and low production. (b) The intensive system is characterized by high resource inputs and outputs and has a depleted soil life, a low rate of internal regulatory processes, but high production. (c) Ecological intensification in the ideal case integrates traits of both systems and leads to a sustainable system that is characterized by moderate resource inputs and has a rich soil life, a high rate of soil regulatory processes, low nutrient losses, and high productivity.Abbildung 1. Managementintensität und regulatorische Prozesse durch Biodiversität im Boden (modifiziert nach Bender et al., 2016). Pfeile zeigen die Zuführung von Ressourcen und das Ausmaß von Verlusten und Bodenregulationsprozessen, die von Bodenmikroben durchgeführt werden. A) Das extensive System zeichnet sich durch geringe Ressourceneinträge und -verluste aus und zeigt eine reiche Bodenlebensdauer, eine hohe Rate an internen Regulierungsprozessen und eine geringe Produktion. B) Das intensive System zeichnet sich durch hohe Ressourceneinträge und -verluste aus und weist ein erschöpftes Bodenleben, eine geringe Rate an internen Regulierungsprozessen, aber eine hohe Produktion auf. C) Ökologische Intensivierung im Idealfall integriert Merkmale beider Systeme und führt zu einem nachhaltigen System, das sich durch moderate Ressourceneinträge auszeichnet und ein reichhaltiges Bodenleben, eine hohe Rate an Bodenregulationsprozessen, geringe Nährstoffverluste und hohe Produktivität aufweist.

Combining global challenges and impacts on the soil ecosystem_ By adding soil amendments (biochar, BC; zeolite, Z; lime, L), soil physical/chemical characteristics are improved to mitigate the challenges and improve the soil functions_Tabelle 1_ Kombination von globalen Herausforderungen und deren Auswirkungen auf das Ökosystem Boden_ Durch den Einsatz von Bodenzusätzen (Biokohle, BC; Zeolith, Z; Kalk, L) werden die physikalischen/chemischen Bodeneigenschaften verbessert, um die Herausforderungen zu mildern und die Bodenfunktionen zu verbessern_

ChallengesImpactsFunctionsSoil characteristicsAmendments
Soil aggregation (+)High specific surface areaBC, Z
Soil aeration (+)High porosityBC, Z
Scarcity of fertileDegraded soilsInfiltration rates (+)Liming of acidic soilsBC, L
landCompacted soilpH of acidic soils (+)CECBC, Z
C-sequestration (+)Flocculation
Soil erosion (−)Polymerization
Degraded soilsHigh specific surface areaBC, Z
Water increasinglyStress resilience against desiccation (+)BC, Z
Desertification of soilHigh porosity
scarceReduced crop yieldImprove water-holding capacity and capillarity (+)CECBC, Z BC, Z
High specific surface areaBC, Z
Inefficiency of fertil-Degraded soilsReduce leaching (sorption) (+)High porosityBC, Z
izer useOverfertilizationImprove nutrient supply to plants (+)CECBC, Z
crop yield per resource (+)Buffer capacityL
High specific surface areaBC, Z
Nutrient immobilizationHigh porosityBC, Z
Reduce greenhouseCompacted soilIncreased nutrient use efficiency (+)CECBC, Z
gas emissionsImprove soil aeration (+)Molecular sieve
Flocculation
High specific surface area
High porosityBC, Z BC, Z
Detoxification (+)CECBC, Z
Contaminated landContaminated soilsSorption (+)Molecular sieve
Immobilization (+)Buffer capacity
Declined solubility of metals in soil solution
DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2018-0013 | Journal eISSN: 2719-5430 | Journal ISSN: 0006-5471
Journal RSS Feed
Language: English
Page range: 141 - 153
Submitted on: Jun 22, 2018
Accepted on: Sep 21, 2018
Published on: Nov 30, 2018
Published by: Universität für Bodenkultur Wien
In partnership with: Paradigm Publishing Services
Publication frequency: 4 issues per year
Keywords:
soil health,
climate change,
food security,
environmental protection,
nitrogen cycling
Related subjects:
Life sciences,
Ecology,
Life sciences, other

© 2018 Katharina Maria Keiblinger, Rosana Maria Kral, published by Universität für Bodenkultur Wien
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

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