Effect of cropping systems on phosphatases in soils

• Published in: Journal of plant nutrition and soil science Vol. 166; no. 1; pp. 7 - 13
• Main Authors: Dodor, Daniel E., Tabatabai, M. Ali
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim WILEY-VCH Verlag 01.02.2003; WILEY‐VCH Verlag; Wiley
• Subjects: Biological and medical sciences; crop rotations; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; microbial biomass C; N fertilization; phosphodiesterase; phosphomonoesterases; microbial biomass C; crop rotations; phosphomonoesterases I phosphodiesterase; N fertilization
• ISSN: 1436-8730; 1522-2624
• DOI: 10.1002/jpln.200390016

Phosphatases are widely distributed in nature and play a major role in phosphorus nutrition of plants. The effects of crop rotations and nitrogen fertilization on the activities of phosphatases (acid phosphatase, alkaline phosphatase, and phosphodiesterase) were studied in soils from two long‐term cropping systems at the Northeast Research Center (NERC) in Nashua and the Clarion Webster Research Center (CWRC) in Kanawha, Iowa, USA. Surface soils (0—15 cm) were taken in 1996 and 1997 from replicated field plots in corn, soybeans, oats, or meadow (alfalfa) that received 0 or 180 kg N ha—1 before corn. Because of differences in organic C contents among soils of the two sites, the soils from the CWRC sites contained greater enzyme activity values than those from the NERC site. Plots under oats or meadow showed the greatest activity values, whereas those under continuous corn at the CWRC site and soybean at the NERC site showed the least activities. Analysis of variance indicated that the activities of the phosphatases were significantly affected by crop rotation (P < 0.001) in both years at the NERC site but not at the CWRC site. Nitrogen fertilization affected the activity of acid phosphatase in soils from the CWRC site in both years and alkaline phosphatase only in 1997; but it did not affect the activities of the phosphatases in the soils from the NERC site. With the exception of alkaline phosphatase (CWRC) and phosphodiesterase (NERC) in soils sampled in 1997, activities of alkaline phosphatase and phosphodiesterase were significantly correlated with microbial biomass C (C mic) in soils from both sites and years, with r values ranging from 0.366* to 0.599***. Cropping systems and N fertilization affected the specific activities of phosphomonoesterases, especially acid phosphatase, but not of phosphodiesterase. Regression analysis showed that activities of phosphatases were significantly correlated with organic C contents of soils from the NERC site but not from the CWRC site. Einfluss von Managementsystemen auf Phosphatasen in Böden Phosphatasen sind weit verbreitet in der Natur und spielen eine entscheidende Rolle in der Phosphorversorgung von Pflanzen. Die Auswirkungen von Managementsystemen und Stickstoffdüngung auf Phosphataseaktivitäten in Böden (saure und alkalische Phosphatase, Phosphodiesterase) wurden in zwei langjährigen Feldversuchen am Northeast‐Research Center (NERC) in Nashua und am Clarion‐Webster Research Center (CWRC) in Kanawha, Iowa, USA untersucht. In den Jahren 1996 und 1997 wurden Oberbodenproben (0—15cm) von Parzellen unter Mais, Sojabohne, Hafer und Luzerne entnommen, welche in jeweils drei Wiederholungen angelegt waren. Die Parzellen erhielten zusätzlich Düngergaben von 0 bzw. 180 kg N ha—1 , die vor Mais appliziert wurden. Infolge der unterschiedlichen Gehalte der Böden an organischem Kohlenstoff waren die Enzymaktivitäten auf den CWRC‐Flächen höher als auf den NERC‐Flächen. Die Parzellen unter Hafer und Luzerne wiesen die höchsten, Parzellen unter Monokulturen von Mais (CWRC) bzw. Soja (NERC) die geringsten Aktivitäten auf. Die Ergebnisse der Varianzanalyse zeigten, dass die Phosphataseaktivitäten auf den NERC‐Flächen in beiden Jahren signifikant durch das Managementsystem beeinflusst wurden (P < 0, 001). Die Stickstoffdüngung hatte auf den CWRC‐Flächen in beiden Jahren einen signifikanten Einfluss auf die saure Phosphataseaktivität und auf die alkalische Phosphataseaktivität im Jahr 1997. Auf den NERC‐Flächen war hingegen kein Düngungseinfluss nachzuweisen. Die alkalische Phosphatase und Phosphodiesterase waren, mit Ausnahme der alkalischen Phosphatase auf den CWRC‐Flächen und der Phosphodiesterase auf den NERC‐Flächen, signifikant mit dem Gehalt der Böden an mikrobieller Biomasse (C mic) korreliert (r = 0, 366* bis 0, 599***). Die Management‐ und N‐Düngungssysteme beeinflussten die spezifischen Aktivitäten von Phosphomonoesterasen, v.a. von saurer Phosphatase, jedoch nicht die spezifischen Phosphodiesteraseaktivitäten. Regressionsanalysen ergaben einen signifikanten Zusammenhang zwischen den Phosphataseaktivitäten und dem Gehalt der Böden an organischem C für die NERC‐Flächen, jedoch nicht für die CWRC‐Flächen.