The effect of land use and agricultural management systems on earthworm communities and soil quality

ABSTRACT. The loss of soil biodiversity is considered one of the greatest threats to soil functioning in Europe. Due to their significant role in the soil, their abundance is considered one of the most suitable indicators of soil quality. To prevent the loss of soil quality and the decline of biological diversity, several sustainable agricultural practices have been proposed. However, it is still unclear whether these practices help maintain soil quality and earthworm communities in Estonia. The aim of this doctoral thesis was to investigate how land use and agricultural practices affect earthworm communities and soil quality in Estonia under field conditions. To assess soil quality, eight farm fields were selected, differing in tillage and land use, including grassland, no-tillage, minimum and conventional tillage fields. To determine how land use and agricultural practices affect earthworm communities, data on earthworm species abundance from research projects conducted in Estonia were compiled. The results showed that soil quality was better in fields with minimum tillage. The latter had lower penetration resistance, and higher porosity, water holding capacity, and water permeability compared to no-tillage and conventional tillage fields. The no-tillage system created the most favourable habitat conditions for earthworms compared to minimum and conventional tillage systems. Although the fields under organic farming had a higher Shannon diversity index, no significant effect of farming system on earthworm abundance was found. Natural and semi-natural grasslands had higher earthworm abundance and diversity compared to arable land. Overall, the natural variation in soils can have a greater impact on earthworm species diversity than the agricultural management used in the field. Therefore, the effect of the environmentally friendly practices can be modest, although these practices can still improve other parameters of soil quality.

LÜHIKOKKUVÕTE. On leitud, et mulla bioloogilise mitmekesisuse vähenemine on üks suurimaid ohte mulla talitlemisele Euroopas. Vihmaussid on mullaelustiku rühm, kes moodustavad suurima loomse biomassi mullas. Oma olulise rolli tõttu mullas peetakse nende arvukust üheks sobivaimaks mulla kvaliteedi indikaatoriks. Selleks, et pidurdada ja takistada mulla kvaliteedi halvenemist ja bioloogilise mitmekesisuse vähenemist on välja pakutud mitmeid keskkonnasõbralikke põllumajanduspraktikaid. Samas ei ole veel selge, kas ja mil moel need praktikad aitavad mulla kvaliteeti ja vihmaussikooslusi säilitada Eesti tingimustes. Käesoleva doktoritöö eesmärgiks oli uurida, kuidas maakasutus ja põllumajanduspraktikad mõjutavad vihmaussikooslusi ja mulla kvaliteeti. Mulla kvaliteedi hindamiseks valiti kaheksa ala, mis erinesid üksteisest harimisviisi või maakasutuse poolest, milleks olid rohumaa, otsekülv, minimeeritud ja künnipõhine mullaharimine. Doktoritöö käigus koondati Eestis varem läbiviidud teadusuuringute raames kogutud vihmaussiliikide arvukuse andmed, uuriti maaharimise ja viljelusviisi mõju vihmaussikooslustele ning haritavaid maid rohumaadega võrreldes hinnati maakasutuse mõju. Mulla kvaliteet oli minimeeritud harimise põldudel parem kui otsekülvi ja künnipõhise harimisviisi korral, seda eelkõige madalama penetromeetrilise takistuse ja kõrgema üldpoorsuse, veehoiuvõime ning veeläbilaskvuse tõttu. Vihmaussidele tagas soodsaimad elutingimused otsekülv võrreldes minimeeritud ja künnipõhise harimisega. Maheviljeluse põldudel oli küll suurem vihmausside liigiline mitmekesisus, kuid viljelusviisil usutavat mõju vihmausside arvukusele ei leitud. Looduslikel ja poollooduslikel rohumaadel oli vihmausside arvukus ja mitmekesisus suurem kui haritaval maal. Teatud juhtudel võib muldade looduslik varieerumine avaldada liigirikkusele suuremat mõju kui põllumajanduspraktikad, mistõttu võib nende mõju vihmausside liigirikkusele olla tagasihoidlik, kuigi need võivad siiski parandada mulla kvaliteeti.