Entwicklung der Schwefel-Ernährung in mitteleuropäischen Fichtenökosystemen von der Überschussversorgung zum potentiellen Mangel

• Antragstellerin: Dr. Dorit Julich
• Fachliche Zuordnung: Forstwissenschaften ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426668836

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projektes wurde die zeitliche Entwicklung der Schwefel-(S-)Ernährung in Fichtenwäldern von einer Überschussversorgung infolge hoher atmosphärischer Deposition (im Zeitraum 1970–90) hin zu einem System mit sehr geringer S-Zufuhr aus externen Quellen untersucht. Die Ausgangshypothese war, dass die S-Freisetzung aus internen Kreisläufen (Mineralisierung) in diesen Systemen zunehmend an Bedeutung für die S-Versorgung der Pflanzen gewinnt. In einem Kompartiment-übergreifenden Ansatz wurden ehemals durch hohe S- Depositionen belastete Standorte im Erzgebirge (Sachsen) hinsichtlich ihrer S-Versorgung in der Biomasse (mikrobielle und Baum-Biomasse), S-Verfügbarkeit im Boden, S-Freisetzung durch Mineralisierung und S-Austräge mit dem Sickerwasser untersucht. Vergleichend wurden Standorte herangezogen, die weniger durch S-Deposition belastet waren, aber teilweise im Rahmen von Experimenten mit S-Zusätzen behandelt wurden (Schluchsee/Schwarzwald) sowie ein Standort in den Zentralalpen (Davos/Schweiz) mit nur geringer atmogener Belastung („Reinluftstandort“). Die Ergebnisse der Studie bestätigen, dass die depositionsbürtigen S-Einträge nach und nach in tiefere Bodenbereiche verlagert und infolgedessen organisch gebundener S relativ angereichert wurde. Die Analyse der stabilen S-Isotope im Boden weisen ebenfalls auf den Rückgang von depositionsbürtigem Sulfat-S hin. Gleichzeitig sanken die Sulfatkonzentrationen im Sickerwasser vor allem im Oberboden in den letzten drei Dekaden signifikant ab. Es besteht aktuell kein Zusammenhang mehr zwischen den Konzentrationen im Sickerwasser und der Deposition, was für eine Entkopplung der Ein- und Austragsprozesse spricht. Der S-Gehalt in Fichtennadeln der zuvor belasteten Standorte ging ebenfalls zurück. Die Gehalte liegen derzeit bei 0,7–1,0 mg S kg-1 und damit im Bereich der Nadelgehalte des unbelasteten Vergleichsstandorts. Die Betrachtung der Nährstoffversorgung der Nadeln zeigte außerdem, dass weitere Nährelemente wir Phosphor und Magnesium in einem sehr niedrigen Wertebereich liegen, was eine geringe bis möglicherweise (co-)limitierende Nährstoffversorgung einiger Bestände wahrscheinlich macht. Hinsichtlich der S-Freisetzung und S-Verfügbarkeit im Boden konnten deutliche Unterschiede zwischen den Standorten festgestellt werden. Während die Ergebnisse insbesondere für den unbelasteten Reinluftstandort auf effektive interne Nährstoffkreisläufe mit aktiver S-Mobilisierung durch Mikroben hindeuten, weist der S-Kreislauf an den ehemals belasteten Standorten noch deutliche Beeinflussungen durch frühere Beeinträchtigungen auf. Des Weiteren zeigt sich der langfristige Einfluss von Kalkung als Maßnahme gegen Bodenversauerung und Nährstoffausträge. Dies gilt für die S-Mineralisierung (verbesserte mikrobielle Umsetzung), die S-Aufnahme durch Pflanzen und mikrobielle Biomasse sowie die Elementverhältnisse (S, N, C) in mikrobieller Biomasse und Boden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Bindungsformen und Umsätze von Schwefel in Waldböden. BGS/DBG- Jahrestagung, 24.-29. September 2019, Bern, Schweiz
  Feger, K.H., Julich, S. & Julich, D.
  
• Schwefel-Umsätze in Wäldern. DVFFA-Tagung Sektion Waldernährung, 4.-7. Juni 2019, Davos, Schweiz
  Feger, K.H., Julich, S. & Julich, D.
  
• Long-term changes of sulfur supply in forest soils. Eurosoil, 23.- 27. August 2021, Geneva, Switzerland
  Julich, D., Julich, S., Jakob, F. & Feger, K.H.
  
• Nachlieferung von Schwefel und Stickstoff aus der Mineralisierung im Auflagehumus und obersten Mineralboden. DBG-Jahrestagung, 5.–8. September 2022, Trier
  Julich, D., Julich, S., Zethof, H.T.J. & Feger, K.H.
  
• Schwefelverfügbarkeit in Fichtenbeständen 25 Jahre nach Reduktion der Schwefeldeposition im Erzgebirge. Tagung „Stoffflüsse und Vorräte in Waldökosystemen: Messung, Monitoring & Modellierung" 17.-18. März 2022, DBG, DVFFA, DHG (online)
  Zethof, H.T.J., Julich, D., Julich, S. & Feger, K.H.
  
• Sulphur supply from microbial mineralization in Norway spruce stands after former high atmospheric sulphur deposition. World Congress of Soil Science 1.–4. August 2022 (WCSS22), Glasgow, UK
  Zethof, H.T.J., Julich, S., Feger, K.H. & Julich, D.
  
• Sulfur availability in two Norway spruce stands with contrasting atmospheric deposition levels in the past - Evidence from foliar and soil analysis. DBG-Jahrestagung, 02.- 08. September 2023, Halle/Saale
  Zethof, H.T.J, Julich, S., Feger, K.H. & Julich, D.
  
• Effects of Past Sulfur Deposition on the Soil Microbial Biomass at Spruce Forest Sites. Soil Systems, 8(2), 37.
  Julich, Dorit; Julich, Stefan; Feger, Karl-Heinz; Klauder, Tobias & Zethof, Jeroen H. T.