Bio-based strategies on golf course construction and management: unravelling microbiota relevance in turf soil management

Abstract

[eng] Turfgrass represents a managed ecosystem where complex biological relationships between soil matrices, microbial populations, and plant communities create functioning ecological networks. A balanced integrative approach is required to reconcile demands for high quality turf play surfaces with long-term sustainable practices under Mediterranean conditions. At Golf de Pals, we combined field assessments on mature greens with a newly built USGA-style trial plot to: (i) identify environmental drivers of microbial diversity in mature greens; (ii) test a peat-replacement strategy (sand + biochar–compost) under reduced water and fertilizer inputs; (iii) adapt an integrative soil quality multifunctional index to compare management options; and (iv) evaluate biostimulants across contrasting rootzones structures. We integrated Bacterial (16S rRNA) and Fungal (ITS) metabarcoding, soil physic-chemical parameters, environmental monitoring and bioinformatics including multivariate statistical analysis. Hierarchical partitioning indicated that soil temperature and the availability of nitrogen and phosphorus were the dominant drivers of microbial diversity in mature greens. Agrostis stolonifera-dominant greens showed higher foliar N, P, K and enrichment in nitrifiers and Trichoderma, whereas Poa annua-dominant greens accumulated more nutrients in soil with saprotroph-rich fungi and stable-state bacterial assemblages. All mature greens had lower fungal (ITS)/ bacteria (16S) ratios versus natural soils. In the pilot trial, a sand + biochar–compost rootzone maintained turf quality comparable to sand–peat while reducing water irrigation and fertilization about 20% and 50% respectively over two years, improving water retention, CEC, and nutrient availability and yielding more modular microbial networks. A multidimensional soil quality index was adapted (Turf Soil Global Multifunctionality Index – TSGMI), integrating soil physical-chemical indicators, turf quality metrics, and microbial descriptors (abundance, diversity, and network structure). As a new composite index, its weighting sensitivity and broader applicability require testing across sites and seasons. Collectively, these findings support compost and biochar as effective peat alternatives in USGA sand-based putting-green rootzones, sustaining turf quality while reducing input demands and enhancing soil ecological resilience. Biostimulant responses were substrate-dependent and emerged only under a multidimensional index TSGMI. In sand–peat rootzones, biostimulant treatments produced statistically significant increases in turf–soil multifunctionality relative to the control; in sand–biochar–compost rootzones, where baseline multifunctionality was higher, responses were smaller and only one formulation (B2) achieved a significant gain. Turf Soil Global Multifunctionality Index provided a practical framework to benchmark greens, track seasonal programs, and identify inputs that add value versus redundancy. Overall, these results highlight the utility of integrative, driver-focused, and site-specific approaches for sustainable turf management in Mediterranean environments.

[cat] Les gespes esportives constitueixen un ecosistema on les relacions biològiques complexes entre les matrius del sòl, les poblacions microbianes i les comunitats vegetals creen xarxes ecològiques funcionals. Per conciliar l’exigència de superfícies de joc d’alta qualitat amb pràctiques sostenibles a llarg termini en condicions de clima mediterrani, cal un enfocament integrador. A les instal·lacions del Golf de Pals vam realitzar aquest estudi en condicions reals de camp, amb greens madurs i amb una parcel·la experimental de nova construcció tipus USGA, per: (i) identificar els factors ambientals que impulsen la diversitat microbiana en greens madurs; (ii) avaluar una esmena orgànica alternativa a la torba (sorra + biochar–compost) sota reducció de les dosis de reg i de fertilitzants; (iii) adaptar un índex integrador de la multifuncionalitat de la qualitat del sòl per comparar opcions de gestió; i (iv) avaluar bioestimulants en zones radiculars de composició contrastada. Vam integrar dades de metabarcoding de bacteris (16S rRNA) i de fongs (ITS) amb paràmetres fisicoquímics del sòl, monitoratge ambiental i anàlisi bioinformàtica. Els models de partició jeràrquica (hierarchical partitioning, HP) van determinar que la temperatura del sòl i la disponibilitat de nitrogen i fòsfor eren els factors dominants de la diversitat microbiana en greens madurs. Els greens amb major cobertura d’Agrostis stolonifera van mostrar valors foliars més alts de N, P i K i un enriquiment en nitrificadors i Trichoderma, mentre que els greens amb major presència de Poa annua van acumular més nutrients al sòl, amb fongs rics en sapròtrofs i comunitats bacterianes i d’arquees relativament estables. Tots els greens madurs presentaven una relació ITS/16S baixa en comparació amb sòls naturals. En l’assaig pilot, la zona radicular de sorra + biochar–compost va mantenir una qualitat de gespa comparable a la de sorra–torba tot utilitzant ~20% menys de reg i ~50% menys de fertilitzants al llarg de dos anys, millorant la capacitat de retenció d’aigua de la matriu del sòl, la capacitat d’intercanvi catiònic (CEC) i la disponibilitat de nutrients, i generant xarxes microbianes més modulars. Es va adaptar un índex multidimensional de qualitat del sòl, el Turf Soil Global Multifunctionality Index (TSGMI), que integra indicadors fisicoquímics del sòl, mètriques de qualitat de la gespa i descriptors microbians (abundància, diversitat i estructura de xarxa). El TSGMI va diferenciar de manera consistent les dues zones radiculars (biochar–compost > torba). Cal, però, continuar avaluant aquest índex nou —tant pel que fa a la sensibilitat, la ponderació de variables i l’aplicabilitat— en diferents localitzacions i estacions. En conjunt, aquests resultats confirmen que el biochar i el compost són alternatives eficaces a la torba com a esmena orgànica en la construcció de zones radiculars tipus USGA, mantenint la qualitat de la gespa, reduint la demanda d’insums i afavorint la resiliència ecològica del sòl.

Les respostes als bioestimulants van dependre del substrat i només es van detectar amb l’avaluació multidimensional del TSGMI. A la zona radicular sorra–torba, els tractaments amb bioestimulants van produir augments estadísticament significatius de la multifuncionalitat del sistema gespa–sòl respecte al control; a la zona radicular sorra–biochar–compost, on la multifuncionalitat basal era més elevada, les respostes van ser menors i només una formulació (B2) va assolir un guany significatiu. El TSGMI va proporcionar un marc pràctic per establir referències entre greens, seguir programes estacionals i identificar els insums que aporten valor enfront de la redundància. En general, aquests resultats destaquen la utilitat d’enfocaments integradors per a una gestió sostenible de la gespa en entorns mediterranis.