Systemic acquired resistance is a pathogen-inducible defense mechanism in plants. The resistant state is dependent on endogenous accumulation of salicylic acid (SA) and is characterized by the activation of genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins. Recently, selected nonpathogenic, root-colonizing biocontrol bacteria have been shown to trigger a systemic resistance response as well. To study the molecular basis underlying this type of systemic resistance, we developed an Arabidopsis-based model system using Fusarium oxysporum f sp raphani and Pseudomonas syringae pv tomato as challenging pathogens. Colonization of the rhizosphere by the biological control strain WCS417r of P. fluorescens resulted in a plant-mediated resistance response that significantly reduced symptoms elicited by both challenging pathogens. Moreover, growth of P. syringae in infected leaves was strongly inhibited in P. fluorescens WCS417r-treated plants. Transgenic Arabidopsis NahG plants, unable to accumulate SA, and wild-type plants were equally responsive to P. fluorescens WCS417r-mediated induction of resistance. Furthermore, P. fluorescens WCS417r-mediated systemic resistance did not coincide with the accumulation of PR mRNAs before challenge inoculation. These results indicate that P. fluorescens WCS417r induces a pathway different from the one that controls classic systemic acquired resistance and that this pathway leads to a form of systemic resistance independent of SA accumulation and PR gene expression.

Plant nutrients, with the exception of nitrogen, are ultimately derived from weathering of primary minerals. Traditional theories about the role of ectomycorrhizal fungi in plant nutrition have emphasized quantitative effects on uptake and transport of dissolved nutrients. Qualitative effects of the symbiosis on the ability of plants to access organic nitrogen and phosphorus sources have also become increasingly apparent. Recent research suggests that ectomycorrhizal fungi mobilize other essential plant nutrients directly from minerals through excretion of organic acids. This enables ectomycorrhizal plants to utilize essential nutrients from insoluble mineral sources and affects nutrient cycling in forest systems.

It is frequently hypothesised that high soil fungal/bacterial ratios are indicative for more sustainable agricultural systems. Increased F/B ratios have been reported in extensively managed grasslands. To determine the shifts in fungal/bacterial biomass ratio as influenced by grassland management and to find relations with nitrogen leaching potential, we sampled a two-year-old field experiment at an organic experimental farm in the eastern part of The Netherlands. The effect of crop (grass and grass-clover), N application rate (0, 40, 80, 120kgNha-1) and manure type (no manure, farm yard manure and slurry) on the F/B ratio within three growing seasons was tested, as well as relations with soil and crop characteristics, nitrate leaching and partial N balance. Biomass of fungi and bacteria was calculated after direct counts using epifluorescence microscopy. Fungal and bacterial biomass and the F/B ratio were higher in grass than in grass-clover. The F/B ratio decreased with increasing N application rate and multiple regression analysis revealed a negative relationship with pH. Bacterial activity (measured as incorporation of [3H]thymidine and [14C]leucine into bacterial DNA and proteins) showed the exact opposite: an increase with N application rate and pH. Leaching increased with N application rate and was higher in grass-clover than in grass. Partial N balance was more positive at a higher N application rate and showed an inverse relationship with fungal biomass and F/B ratio. We conclude that the fungal/bacterial biomass ratio quickly responded to changes in management. Grasslands with higher N input showed lower F/B ratios. Grass-clover had a smaller fungal biomass and higher N leaching than grass. In general, a higher fungal biomass indicated a lower nitrogen leaching and a more negative partial N balance (or smaller N surplus), but more observations are needed to confirm the relationship between F/B ratio and sustainability.

Abstract Intercropping, the simultaneous cultivation of multiple crop species in a single field, increases aboveground productivity due to species complementarity. We hypothesized that intercrops may have greater belowground productivity than sole crops, and sequester more soil carbon over time due to greater input of root litter. Here, we demonstrate a divergence in soil organic carbon (C) and nitrogen (N) content over 7 years in a field experiment that compared rotational strip intercrop systems and ordinary crop rotations. Soil organic C content in the top 20 cm was 4% ± 1% greater in intercrops than in sole crops, indicating a difference in C sequestration rate between intercrop and sole crop systems of 184 ± 86 kg C ha −1 yr −1 . Soil organic N content in the top 20 cm was 11% ± 1% greater in intercrops than in sole crops, indicating a difference in N sequestration rate between intercrop and sole crop systems of 45 ± 10 kg N ha −1 yr −1 . Total root biomass in intercrops was on average 23% greater than the average root biomass in sole crops, providing a possible mechanism for the observed divergence in soil C sequestration between sole crop and intercrop systems. A lowering of the soil δ 15 N signature suggested that increased biological N fixation and/or reduced gaseous N losses contributed to the increases in soil N in intercrop rotations with faba bean. Increases in soil N in wheat/maize intercrop pointed to contributions from a broader suite of mechanisms for N retention, e.g., complementary N uptake strategies of the intercropped plant species. Our results indicate that soil C sequestration potential of strip intercropping is similar in magnitude to that of currently recommended management practises to conserve organic matter in soil. Intercropping can contribute to multiple agroecosystem services by increased yield, better soil quality and soil C sequestration.

Summary The storage of carbon (C) and nitrogen (N) in soil is important ecosystem functions. Grassland biodiversity experiments have shown a positive effect of plant diversity on soil C and N storage. However, these experiments all included legumes, which constitute an important N input through N 2 ‐fixation. Indeed, the results of these experiments suggest that N 2 fixation by legumes is a major driver of soil C and N storage. We studied whether plant diversity affects soil C and N storage in the absence of legumes. In an 11‐year grassland biodiversity experiment without legumes, we measured soil C and N stocks. We further determined above‐ground biomass productivity, standing root biomass, soil organic matter decomposition and N mineralization rates to understand the mechanisms underlying the change in soil C and N stocks in relation to plant diversity and their feedbacks to plant productivity. We found that soil C and N stocks increased by 18% and 16% in eight‐species mixtures compared to the average of monocultures of the same species, respectively. Increased soil C and N stocks were mainly driven by increased C input and N retention, resulting from enhanced plant productivity, which surpassed enhanced C loss from decomposition. Importantly, higher soil C and N stocks were associated with enhanced soil N mineralization rates, which can explain the strengthening of the positive diversity–productivity relationship observed in the last years of the experiment. Synthesis . We demonstrated that also in the absence of legumes, plant species richness promotes soil carbon (C) and nitrogen (N) stocks via increased plant productivity. In turn, enhanced soil C and N stocks showed a positive feedback to plant productivity via enhanced N mineralization, which could further accelerate soil C and N storage in the long term.

Abstract Background Soil organic matter (SOM) supports multiple soil ecosystem functions, underpinned by processes such as C sequestration, N mineralization, aggregation, promotion of plant health and compound retention. We know little about the relationship between these functions and SOM quality. Scope We aimed to develop “eco-functionality” as a framework to address questions on the relation between SOM properties and soil ecosystem functions. Conclusions Paradigm shifts in SOM research have not led to metrics for eco-functionality beyond decomposability and C:N ratio. Recalcitrant OM is under-researched despite its essential role in aggregation and C sequestration, especially in C-saturated soils. Most soil functions are dependent on SOM decomposition and require labile compounds. We conclude that eco-functionality is context-dependent and needs to take time scales into account. We plea for attempts to link operationally defined SOM fractions to functions in order to make SOM research more applicable.