Addition of crop residues affects a detritus-based food chain depending on litter type and farming system

The addition of crop residues is a common farming practice to increase the organic carbon content of agricultural soils with particular importance in organically managed crops. Residues can be added either from the crop plant itself or from other plants and the type of litter may differentially affect decomposer populations. Effects of litter addition may cascade up to affect generalist predators via trophic cascades or modifications of structural microhabitat properties with unknown consequences for the role of these predators in below- and aboveground food webs. Wheat and maize litter were added to organically and conventionally managed wheat fields and effects on generalist predator and Collembola numbers, litter decomposition and carbon utilization as estimated by stable isotope analysis were studied. Significantly more predators were sampled in plots with maize litter compared to plots with wheat litter and under organic farming. Collembola numbers were not significantly affected by litter type or farming system. Litter mass loss was highest in plots that received wheat litter under organic management and was negatively related to predator, but not Collembola numbers. Individuals of Lepidocyrtus spp. (Collembola) incorporated high percentages of maize-borne carbon compared to predator species. Two linyphiid spider species were more closely linked to the maize-consuming prey in organically managed fields and one carabid species showed this pattern in conventionally managed fields. High litter decomposition levels and generalist predator numbers were only observed in wheat litter plots in organically managed fields. The addition of crop residues from the growing crop under organic management may therefore be a promising farming practice to simultaneously promote decomposition services and numbers of natural enemies. Future studies need to address this practice and potential effects on the litter–decomposer–predator food chain across sites that cover a range of different soil types and climatic conditions.

ZusammenfassungDas Ausbringen von Pflanzenstreu ist eine Bewirtschaftungsmaßnahme um den organischen Kohlenstoffgehalt in Ackerböden zu erhöhen, welche besonders in der ökologischen Landwirtschaft angewandt wird. Pflanzenstreu stammt dabei entweder von der angebauten Feldfrucht oder anderen Pflanzenarten. Streutypen können sich in ihrer Qualität als Nahrungsressource für Streuzersetzer unterscheiden und dadurch die Zersetzergemeinschaft verändern. In Folge dieser Effekte können Veränderungen von trophischen Kaskaden oder der strukturellen Eigenschaften des Mikrohabitats die Aktivitätsdichte von Raubarthropoden beeinflussen. In dieser Studie wurde Weizen- und Maisstreu auf ökologisch und konventionell bewirtschafteten Weizenfeldern ausgebracht und die Auswirkungen auf die Aktivitätsdichte von Collembolen und Raubarthropoden, die Zersetzerleistung und die Ressourcennutzung untersucht. Die Nutzung verschiedener Kohlenstoffquellen wurde anhand der Verhältnisse von stabilen Kohlenstoff-Isotopen in den Konsumenten ermittelt. Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen war die Aktivitätsdichte der Raubarthropoden höher als auf konventionell bewirtschafteten Flächen. Die Aktivitätsdichte der Collembolen wurde weder durch den Streutyp noch die Bewirtschaftung signifikant beeinflusst. Die Aktivitätsdichte der Raubarthropoden war außerdem signifikant höher auf Teilflächen mit Maisstreu im Vergleich zu Teilflächen mit Weizenstreu. Der Streuverlust aus Netzbeuteln war auf Teilflächen mit Weizenstreu in den ökologisch bewirtschafteten Weizenfeldern am höchsten. Individuen aus der Gattung Lepidocyrtus spp. (Collembola) nutzten vor allem Maisstreu als Kohlenstoffquelle. Zwei Spinnenarten waren auf ökologisch bewirtschafteten Agrarflächen Teil der Maiskohlenstoff-Nahrungskette und eine Laufkäferart zeigte dieses Muster in konventionell bewirtschafteten Feldern. Eine hohe Aktivitätsdichte von Raubarthropoden bei gleichzeitig hoher Streuzersetzung wurde nur auf ökologisch bewirtschafteten Feldern auf Teilflächen mit Weizenstreu beobachtet. Das Ausbringen von Pflanzenstreu der angebauten Feldfrucht auf ökologisch bewirtschafteten Getreideflächen ist eine mögliche Option für die gleichzeitige Erhöhung der Zersetzerleistung und der Anzahl von Raubarthropoden. Zukünftige Untersuchungen sollten zeigen, wie sich solche Praktiken bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und Bodentypen auf die Nahrungsnetz-Beziehungen von Zersetzern und Räubern auswirken.

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