C-in and C-outputs, rates and mechanisms of C-sequestration and C-stabilization of post-agrogenic soils exemplified by Luvisol chronosequences of Russia
Final Report Abstract
Ziel dieses Vorhabens war die Analyse der Veränderungen der C-Input und -Outputs sowie Raten und Mechanismen der C-Akkumulation und C-Stabilisierung während der Entwicklung post-agrarischer Böden, am Beispiel von Luvisol-Chronosequenzen Russlands. Luvosole sind dafür besonders geeignet, weil sie stark von Auflassung betroffen sind und weil aufgrund ihrer weltweiten starken Verbreitung die hier gewonnenen Erkenntnisse auf große Gebiete übertragen werden können. Als Lösungsansatz wurde ein chronosequenzielles Konzept gewählt. Methodisch kamen, neben Standardverfahren, spezifische Verfahren wie physikalische Fraktionierung, ∆14C-Untersuchungen, δ13C-Gesamtbodenanalyse, 13C Einbau in mikrobielle Biomasse und Phospholipidfettsäuren (PLFA) einzelner mikrobieller Gruppen, Erfassung der mikrobiellen Aktivität über Enzymanalytik und Modellierung (ROMUL-Modell) zur Anwendung. Die Untersuchung hat gezeigt, dass sich die Vegetation in Richtung eines natürlichen Eichenwaldes entwickelte und die Böden zur natürlichen Luvisol-Ausprägung, wobei die Pflughorizonte erhalten blieben. Neben Veränderungen in der Lagerungsdichte und Aggregierung zeigten vor allem die neu gebildeten Ah-Horizonte steigende pH-Werte, C-Sequestrierung und ansteigende Nährstoffgehalte. Die C-Akkumulationsraten betrugen 6-24 g C m^-1 a^-1. Mit signifikant positiver Korrelation fanden SOM-Akkumulation sowohl im aktiven und passiven Pool statt, Letztere in geringerem Umfang. ∆14C-Untersuchungen bestätigten den Einbau neuen C auch in den passiven Pool. Eine verstärkte C-Sequestrierung wurde insbesondere für die occluded POM-Fraktion festgestellt. Die Ackerstandorte wiesen die höchsten 14C-Alter in der occluded POM und passiven Fraktion auf, deren Alter im Verlauf der Restauration dann abnahmen. Mit höchsten Einbauraten in den occluded POM-Pool und geringsten in den passiven Pool wurden bereits nach 6 Monaten in allen Pools neues C in Form von C4-C von Maisresten gefunden. Nach 18 Monaten verringerten sich die Einbauraten in den aktiven Pools, während im passiven Pool eine tendenzielle Steigerung feststellbar war. Im Verlauf der Restaurierung nahmen die Einbauraten ab. Ebenso fand eine sukzessive Erholung mikrobieller Funktionen (Nutzung frischen organischen Kohlenstoffs, Erhöhung der Enzymaktivitäten) statt, wobei eine deutliche zeitliche Differenzierung zu beobachten war und bestimmte Funktionen erst nach längeren Zeiträumen eine Erholung zeigten (z.B. Cellulaseabbau, C-Fluss durch Bodennahrungsnetze). Es konnte auch klar gezeigt werden, dass die Abfolge der Restaurierung mikrobieller Funktionen je nach Steppen- und Waldökosystemen unterschiedlich verläuft. Nach dem chronosequenziellem Zeitraum von max. 120 Jahren wurde keine vollständige Restaurierung erreicht, die nach der Modellierung ca. 150 Jahren benötigt. Weiterhin offene Forschungsfelder, die in Kürze angegangen werden sollen, betreffen die weitere Entwicklung der Einbauraten neuen C nach 24 und 40 Monaten Inkubation in verschiedene mikrobielle Pools sowie Fraktionen der organischen Bodensubstanz.
Publications
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2018. Alteration process during the post-agricultural restoration of Luvisols of the temperate broad-leaved forest in Russia. Catena 171, 602-612
Kalinina O., Chertov O., Frolov P., Goryachkin S., Kuner P., Küper J., Kurganova I., Lopes de Gerenyu L., Lyuri D., Rusakov A., Kuzyakov Y., Giani L.
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2019. Mechanisms of carbon sequestration and stabilization by restoration of arable soils after abandonment: A chronosequence study on Phaeozems and Chernozem. Geoderma 354, 113882
Kurganova I., Merino A., Lopes de Gerenyu V., Barros N., Kalinina O., Giani L., Kuzyakov Y.
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2019. Post-agricultural restoration: Implications for dynamics of soil organic matter pools. Catena 181, 104096
Kalinina O., Cherkinsky A., Goryachkin S., Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Lyuri D., Kuzyakov Y., Giani L
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2019. Recovery of organic matter and microbial biomass after abandonment of degraded agricultural soils depends on climate. Land Degradation & Development 30, 1861-1874
Ovsepyan L., Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y.
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2020. Changes in the fractional composition of organic matter in the soils of the forest–steppe zone during their postagrogenic evolution. Eurasian Soil Science 53(1), 50-61
Ovsepyan L.A., Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Rusakov A.V., Kuzyakov Y.V.
