Rhizodeposition von C und N sowie dessen mikrobieller Umsatz im Freiland unter den Bedingungen des Ökologischen Pflanzenbaus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mengen C- und N-Rhizodeposition sowie deren Umsatz in situ unter Freilandbedingungen abzuschätzen. Zwei Gefäßversuche dienten der Evaluation der Dochtmethode und ihrer Eignung zur simultanen Applikation von Zucker-Harnstoff-Gemischen als potenzielle 13C- und 15N-Träger in den Spross von Erbse (Pisum sativum L.) und Hafer (Avena sativa L.). Die Pflanzen wurden mittels Dochtmethode mit verschiedenen Rohrzucker-, Glukose- und Harnstofflösungen sowie deren Gemischen in verschiedenen Konzentrationen versehen. Es wurde untersucht, ob die Methode oder die applizierten Lösungen einen Effekt auf die Pflanzenentwicklung und die mikrobieile Biomasse haben. Zwei Säulenversuche unter Freilandbedingungen dienten der Abschätzung der Mengen von C- und N- Rhizodeposition, hier definiert als wurzeibürtiger C und N im Boden nach Entfernung aller sichtbaren Wurzeln und Wurzelfragmente, während verschiedener Wachstumsphasen von Erbse und Hafer. Nach der in situ Markierung der Pflanzen mittels Applikation einer 13C-Glukose-15N-Harnstofflösung mit der Dochtmethode wurden die Mengen an wurzelbürtigem 13C und 15N im Boden sowie in der mikrobiellen Biomasse, im extrahierbaren C, im mineralischen N und in den Feinwurzeln bestimmt. Die Ergebnisse aus den Gefäßversuchen zeigen, dass es möglich ist, Pflanzen in situ mittels Dochtmethode Zucker-Harnstofflösungen zu verabreichen. Die Pflanzenentwicklung, unterund oberirdische Trockenmasse sowie die mikrobieile Biomasse wurden weder von der Methode noch von den applizierten Lösungen messbar beeinflusst. Glukose-Harnstofflösungsgemische eignen sich zur simultanen Markierung sowohl von Erbse wie auch von Hafer mit 13C und 15N und erleichtern daher die in situ Untersuchung der C- und N- Umsatzprozesse unter Freiland- und Feldbedingungen. In den Säulenversuchen konnten die oberund unterirdischen Pflanzenteile sowie die labilen Bodenkompartimente mit 13C und 15N angereichert werden. Zudem wurde eine hohe Wiederfindung der Isotope realisiert. Die Netto-Rhizodeposition von C und N unter Freilandbedingungen war höher, als die Ergebnisse bisheriger Studien aus Gefäßversuchen unter kontrollierten Bedingungen zeigten. Die C-Rhizodeposition war 8 bis 58 % des Pflanzen-C und die N-Rhizodeposition 5 bis 71 % des Pflanzen-N. Der Anteil der Rhizodeposition am Pflanzen-C und -N nahm im Laufe der Vegetation ab. Der größte Teil der Rhizodeposition war ebenso wie die Wurzelmasse in 0-30 cm Bodentiefe. In Abhängigkeit von der Wachstumsphase wurden 1 bis 31 % des Netto-C und -N der Rhizodeposition in die mikrobieile Biomasse inkorporiert. Zwischen 4 und 40 % der NRhizodeposition wurde im mineralischen N wiedergefunden. Die größte Menge C- und NRhizodeposition lag allerdings in Feinwurzeln und anderen nicht detailliert untersuchten Bodenkompartimenten vor. Dieses lässt vermuten, dass schon während des Pflanzenwachstums ein Großteil der Rhizodeposition in mikrobiellen Residuaiprodukten immobilisiert wurde. Unter Erbse stammt ein größerer Anteil der mikrobiellen Biomasse aus der Rhizodeposition als unter Hafer. Auch der Anteil des mineralischen Stickstoffs aus der Rhizodeposition ist unter Erbse höher als unter Hafer. Zusätzlich ist das C/N-Verhältnis der Rhizodeposition und der Grobwurzeln bei Hafer größer als bei Erbse. Dieses lässt vermuten, dass die Rhizodeposition von Erbse ein leichter verfügbares Substrat für die Bodenmikroorganismen darstellt als die Rhizodeposition von Hafer. Rhizodeposition von Erbse und Hafer stellt einen hohen Eintrag an leicht verfügbarem C dar, der die Umsatzprozesse im Boden antreibt und somit die Nährstoffverfügbarkeit entscheidend beeinflusst. Obwohl der Anteil der Rhizodeposition am Pflanzen-N von Erbse und Hafer in einem ähnlichen Bereich liegt, ist aufgrund der höheren N-Aufnahme von Erbse die Menge der N-Rhizodeposition höher. Die Menge an N-Rhizodeposition und der vermehrte Umsatz der Rhizodeposition trägt stark zu der höheren N-Verfügbarkeit nach Erbse im Vergleich zu Hafer bei. Dieses muss zukünftig für die Ermittlung von N2-Fixierungsleistungen von Leguminosen und N-Bilanzen stärker berücksichtigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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F. Wiehern, J. Mayer, R.G. Joergensen, T. Müller (2006): "In situ 13C-l5N-Doppelmarkierung von Erbse und Hafer zur simultanen Quantifizierung des C und N-Umsatzes wurzelbürtiger Verbindungen im Boden." Beitrag zur Tagung "Stabile Isotope in der Bodenkunde" Workshop der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft in Göttingen 04.-05.09.2006.
