Rhizodeposition und Umsatz von Kohlenstoff und Stickstoff im Boden in Abhängigkeit vom Abstand zur Wurzeloberfläche
Final Report Abstract
Ziel des Forschungsvorhabens war es, die wurzelbürtigen C- und N-Flüsse (Rhizodeposite) in den Boden zu quantifizieren und deren Einbau in die verschiedenen Stoff-Fraktionen des Bodens in Abhängigkeit zur Wurzeloberfläche zu beschreiben. Zunächst wurde eine neue Rhizobox und eine Boden-Schneidtechnik entwickelt, die es im Gegensatz zu bisherigen Rhizogefaßtechniken ermöglicht, den Boden ohne Tiefgefrieren im mm-Bereich von einer artifiziellen Wurzeloberfläche zu beproben. Parallel zu einem ersten 15N-Markierungsversuch wurde eine auf die Rhizoboxen abgestimmte 13CO2 Markierungskammer entwickelt und gebaut. Zwei Doppelmarkierungsversuche zur Versuchsoptimierung wurden durchgeführt. In Kooperation mit dem Kompetenzzentrum für stabile Isotope der Universität Göttingen wurden außerdem methodische Vorversuche zur Messung der 13CO2 Bodenatmung mit einer Mini-Inkubations-Methode durchgeführt. Die Methode zeichnet sich dadurch aus, dass nur geringe Mengen an Boden zur Messung der mikrobiellen Aktivität (CO2 Produktion) benötigt werden und zeitgleich eine Messung der C-Isotopensignatur (Verhältnis 12C/13C) mittels GC-IRMS möglich ist. In den Hauptversuchen wurde die pflanzliche C- und N-Rhizodeposition sowie deren mikrobieller Umsatz im wurzelnahen Boden in insgesamt sechs Rhizoboxexperimenten mit verschiedenen Pflanzen, simultaner 13C und 15N Isotopenmarkierung sowie teilweise anschließender Mini-Inkubation untersucht. Kohlenstoff und Stickstoff aus der Rhizodeposition diffundieren in den Boden bis zu mehreren Millimetern von der Wurzeloberfläche. Im wurzelbeeinflussten Boden kommt es zu einem Anstieg der mikrobiellen Biomasse mit zunehmender Nähe zur Wurzeloberfläche. Dabei ist der Anstieg der mikrobiellen Biomasse in direkter Nähe zur Wurzel, auf die Nutzung von Rhizodeposaten und, abhängig von der Pflanzenart, auch auf die Nutzung von zusätzlichem bodenbürtigen C und N zurückzuführen (priming effect). Mit zunehmendem Abstand von der Wurzel lässt sich das mikrobielle Wachstum im wurzelbeeinflussten Boden nur noch durch die zusätzliche Nutzung einer bodenbürtigen Substratquelle erklären. Es zeigt sich zudem, dass die bodenbürtige mikrobielle Biomasse im wurzelbeeinflussten Boden mit zunehmender Entfernung im Vergleich zu einem unbepflanzten Boden abnimmt. Es kann vermutet werden, dass die Konkurrenz zwischen Mikroorganismen und Pflanzen um verfügbare Nährstoffe in diesem Bereich zu einer Abnahme der bodenbürtigen mikrobiellen Biomasse führen. Im Gegensatz zum mikrobiellen C kommt es beim mikrobiellen N zu keiner Verringerung in den entfernteren Abständen von der Wurzel im Vergleich zum unbepflanzten Boden. Dies zeigt, dass Stickstoff enger in die mikrobielle Fraktion im Boden eingebunden ist als Kohlenstoff. In den Inkubationsexperimenten war im unbepflanzten Boden eine stärkere Abnahme der mikrobiellen Biomasse zu beobachten als in den untersuchten wurzelbeeinflussten Böden. Die sich unter dem Einfluss der Rhizodeposite entwickelten mikrobiellen Biomasse scheint in den Bodenzonen nahe der Wurzel eine höhere Substratnutzungseffizienz zu haben als die mikrobielle Biomasse des Ausgangsbodens. Es zeigte sich zudem, dass nach Wegfall des Eintrags von Rhizodeposaten noch bedeutende Mengen an C und N aus der Rhizodeposition im Boden umgesetzt werden und diese einen prägenden Einfluss auf die mikrobiellen C- und N-Umsatzprozesse im Boden haben.
