Aufklärung der Ursachen für die hohe Stabilität der organischen Substanz in Plaggeneschen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojektes war ein besseres Verständnis der Akkumulation der organischen Bodensubstanz (OBS) und den relevanten OBS-Stabilisierungsmechanismen in sandigen Plaggeneschen. Im ersten Teil des Projekts erfolgte eine Bestandsaufnahme der Corg-Konzentrationen und -Vorräte an 8 Standorten mit jeweils drei Profilen der Plaggenesche sowie deren Referenzböden. Alle Böden sind unter Agrarnutzung und stammen aus Westmitteleuropa. Im Gegensatz zu den ca. 30 cm tiefen Oberböden der Referenzböden, zeichnen sich die untersuchten Plaggenesche durch 53 bis 124 cm mächtige Oberbodenhorizonte (Eschhorizont) aus. Verglichen mit den Referenzprofilen, trägt das erhöhte Oberbodenvolumen und die höheren Corg-Gesamtgehalte in den Ober- und Unterbodenhorizonten zu den höheren OC-Vorräten in den Plaggeneschprofilen bei. Die hohen Corg-Konzentrationen in den Eschhorizonten sind vermutlich nicht mit feinkörnigen Mineralen assoziiert, da wir keine signifikante Korrelation zwischen dem Gehalt an Ton und Eisenoxiden/hydroxiden und der Konzentration von Corg gefunden haben. Die Stabilisierung durch organo-mineral-Assoziationen scheinen bei den untersuchten Plaggeneschen nicht von großer Relevanz zu sein. Die hier erzielten Ergebnisse deuten vielmehr auf einen selbsterhaltenden Effekt bei den Plaggeneschen hin: Der mächtige Oberbodenhorizont mit den hohen Corg-Konzentrationen verbessert das Pflanzenwachstum und die Erträge durch eine höhere Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen, was zu einer Aufrechterhaltung hoher OBS-Einträge führt, die wiederum die Corg-Vorräte. Im zweiten Teil des Projekts erfolgte eine physikalische Fraktionierung der Böden. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl die Plaggenesche als auch die Referenzböden in Bezug auf die Corg- und Radiokohlenstoffkonzentration sowie der OBS-Zusammensetzung in der Feinfraktion sehr ähnlich sind. Die isolierte Feinfraktion (≤ 20 μm Partikelgröße) enthielt durchschnittlich 81% des gesamten Bodenkohlenstoffes in nur 9% der entsprechenden Bodenmasse. Darüber hinaus war die OBS-Zusammensetzung der Feinfraktion besonders reich an Alkylkohlenstoff und das hohe mittlere Radiokohlenstoffalter deutete auf geringe Corg-Anteile hin, die aus der rezenten Photosynthese stammten. Im dritten Teil wurden zwei Bodeninkubationsexperimente durchgeführt, um die Stabilität von OC im Boden und das Alter der Kohlenstoffquelle in Plaggeneschen sowie die Auswirkungen verschiedener Ausgangsmaterialien in Kombination mit tierischen Exkrementen auf die Bildung von stabilem OM zu untersuchen. Das ersten sechsmonatigen Inkubationsexperiment zeigte, dass das CO2 in den Esch-Horizonten aus der Mineralisierung älterer C-Quellen stammte, verglichen mit denen in rezenten Pflughorizonten. Trotz höherer Kohlenstoffgehalte war die CO2-Produktion in den Esch-Horizonten zwei- bis dreimal geringer als in den Pflughorizonten, was auf die langfristige Stabilität der OBS in den Esch Horizonten hinweist. Das zweite Inkubationsexperiment zeigte, dass schwer zersetzbare Pflanzenreste wie Calluna vulgaris im Vergleich zu labileren Rückständen wie Haferstreu weniger CO2 produzierten, was die Hypothese stützt, dass langsam abbaubare Pflanzenmaterialien für die Bildung stabiler SOM in Plaggenenschen wesentlich sind. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial für die Kohlenstoffbindung in sandigen landwirtschaftlichen Böden, selbst ein Jahrhundert nach Beendigung der Plaggenwirtschaft.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Legacy of plaggen agriculture: High soil organic carbon stocks as result from high carbon input and volume increase. Geoderma, 406, 115513.
Urbanski, Livia; Schad, Peter; Kalbitz, Karsten; van Mourik, Jan; Gehrt, Ernst & Kögel-Knabner, Ingrid
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Unexpected high alkyl carbon contents in organic matter-rich sandy agricultural soils of Northwest Central Europe. Geoderma, 439, 116695.
Urbanski, Livia; Kalbitz, Karsten; Rethemeyer, Janet; Schad, Peter & Kögel-Knabner, Ingrid
