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Zusammenfassung Heft 34


Freiburger Bodenkundliche Abhandlungen

Schriftenreihe des

Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.
Schriftleitung: F. Hädrich


Heft 34


Astrid Wölfelschneider

Einflußgrößen der Stickstoff- und Schwefel-Mineralisierung auf
unterschiedlich behandelten Fichtenstandorten im Südschwarzwald



Freiburg im Breisgau 1994

ISSN 0344-2691


Zusammenfassung:

Auf zwei Waldstandorten im Südschwarzwald wurde die N- und S-Mineralisierung in ihrer jahreszeitlichen Dynamik mit Hilfe von Freiland- und Laborbrutversuchen untersucht. Zielsetzung war, neben der Bestimmung des Einflusses der abwüschen Steuergrößen Temperatur und Bodenfeuchte, die Auswirkungen von Düngungs- und Kalkungsmaßnahmen sowie experimentell erhöhter N- und S-Einträge auf die Mineralisierung zu quantifizieren. Außerdem sollten mögliche Einflüsse der kleinstandörtlichen Variabiliät geprüft werden. Parallel zu den Netto-Mineralisierungsraten wurde die Brutto-Mineralisierung und mikrobielle Aktivität über Gesamtkeimzahl und CO2-Produktion ermittelt. Durch die Bestimmung der Zahl heterotropher und chemolithoautotropher Nitrifizierer sollte vor allem der Prozess der Nitrifikation und ihrer Steuergrößen näher charakterisiert werden. Im Vordergrund standen hierbei mögliche Veränderungen durch Düngung bzw. Kalkung.

Zur Bestimmung der N- und S-Netto-Mineralisierung wurden an mehreren Terminen im Zeitraum Juli 1992 bis Juni 1993 Bodenproben in den ARINUS-Versuchsgebieten Villingen und Schluchsee entnommen. In Schluchsee wurden vier verschiedene Bodentiefen (Auflage: Of und Oh; Mineralboden: 0-10 cm und 30-40 cm) der unterschiedlichen Behandlungsvarianten, kleinstandörtlich differenziert nach Kronendichte, beprobt. In Villingen wurden Proben aus der Auflage (Of und Oh) und dem oberen Mineralboden (0-10 cm) entnommen. Die Aufbereitung der Proben fand direkt im Gelände statt. Die Freilandbrutversuche erfolgten am Standort in vergrabenen Polyethylenbeuteln bei 30-tägiger Inkubationsdauer. Die Laborbrutversuche verliefen bei konstanten Temperatur- und Feuchteverhältnissen 30 Tage. Parallel hierzu wurden die CO2-Produktionsraten sowie die Gesamtkeimzahlen bestimmt. Außerdem wurden die Keimzahlen der heterotrophen und chemolithoautotrophen Nitrifizierer mit Hilfe der MPN-Methode ermittelt.

Bei der N-Netto-Mineralisierung lässt sich ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Versuchsgebieten nachweisen. Der Standort Schluchsee weist in der organischen Auflage und im oberen Mineralboden hohe N-Mineralisierungsraten auf. Ein beträchtlicher Anteil des Mineralstickstoffs wird als Nitrat nachgeliefert, wobei mit zunehmender Bodentiefe der Nitrifikationsgrad ansteigt. In Villingen sind dagegen die N-Nachlieferungsraten in der Auflage gegenüber Schluchsee deutlich geringer. Nitrifikation lässt sich in Villingen unter Freilandbedingungen nicht nachweisen, nur bei den Laborinkubationen findet eine äußerst geringe Nitratnachlieferung statt. Bei den Freilandbrutversuchen zeigt sich für beide Standorte ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem Verlauf der N-Mineralisierung und der Bodenfeuchte und Bodentemperatur. Die Laborinkubationen lassen bei durchweg höheren N-Netto-Mineralisierungsraten keine jahreszeitliche Differenzierung erkennen. In Schluchsee ist ein deutlicher Einfluss des Kleinstandortes zu beobachten.

Die Untersuchung der Bodenmikroorganismen ergibt in Schluchsee in allen Horizonten hohe Gesamtkeimzahlen und Keimzahlen heterotropher Nitrifizierer, die in der Auflage teilweise mit chemolithoautotrophen Nitrit-Oxidierern vergesellschaftet sind. Im Mineralboden sind zu fast allen Probenahmeterminen neben heterotrophen Nitrifizierem auch che-molithoautotrophe Ammonium- und Nitrit-Oxidierer nachweisbar. In Villingen liegen die Gesamtkeimzahlen in der Auflage vergleichsweise niedriger. Heterotrophe Nitrifizierer finden sich nur im Mineralboden, während chemolithoautotrophe Nitrifizierer in keiner Bodentiefe nachweisbar sind.

Die Wirkung der zum Zeitpunkt der Probenahme zwei Jahre zurückliegenden Dolomitkal-kung in Schluchsee ist bislang auf die Of-Lage beschränkt. Eine Erhöhung der N-Netto-Nachlieferungsraten ist nicht feststellbar, jedoch erfolgt eine nahezu vollständige Nitrifi-kation. Bei deutlich höheren pH-Werten ist die Brutto-Mineralisierung gegenüber der Kontroll-Fläche wesentlich stärker. Neben hohen Gesamtkeimzahlen und heterotrophen Nitrifi-ziererpopulationen sind auch chemolithoautotrophe Nitrifizierer in der Of-Lage nach Kalkung nachweisbar. Die durch die Kalkung erhöhte Nitrifikationsrate führte aufgrund der Durchlässigkeit der Böden dieses Standortes zu einem Anstieg der Nitratkonzentration im Bodensickerwasser bis in 80 cm Tiefe. Die Ammonsulfat-Gabe bewirkte in beiden Versuchgebieten in der Auflage und dem oberen Mineralboden eine erhöhte Ammonium-Nachlieferung. In Schluchsee hat die zusätzliche N-Gabe zu keiner Vermehrung der mikrobiellen Biomasse geführt; offenbar ist hier der mikrobielle N-Bedarf weitgehend gedeckt. Die erhöhte Ammonium-Nachlieferung ist vermutlich auf einen "priming-effect" durch Zugabe einer leicht verfügbaren N-Quelle zurückzuführen. Am N-Mangelstandort Villingen ist nach N-Gabe eine gegenüber der Kontroll-Fläche verhältnismäßig stärker erhöhte Ammonium-Nachlieferung festzustellen als am Standort Schluchsee. Auch ist in Villingen ein Anstieg der Bodenmikroorganismenpopulationen gegenüber der Kontroll-Fläche nach N-Gabe zu beobachten. Das erhöhte Ammonium-Angebot hat aber nur in Schluchsee im tieferen Mineralboden einen Anstieg der Nitrifikation zur Folge. Die Magnesiumsulfat-Düngung in Schluchsee blieb dagegen ohne Einfluss auf die N-Mineralisierung.

Die S-Mineralisierung in der Villinger Braunerde ist gegenüber dem Schluchsee-Podsol leicht erhöht. Bei ähnlicher Höhe der S-Einträge, S-Gesamtvorräte und ähnlicher Adsorptionskapazität in den untersuchten Oberböden der Villinger Braunerde und des Schluchsee-Podsols scheint die geringere Sulfat-Nachlieferung in Schluchsee auf Immobilisierung in der dort höheren mikrobiellen Biomasse zurückzuführen zu sein.

Die Kalkung in Schluchsee bewirkte in der Of-Lage nur unter Freilandbedingungen einen Anstieg der Sulfat-Nachlieferung. Im Labor wird in der erhöhten mikrobiellen Biomasse verstärkt Sulfat immobilisiert. Die Ammonsulfat-Gabe hatte in Villingen und Schluchsee einen Anstieg der S-Mineralisierung in der Of-Lage zur Folge. In Schluchsee deutet sich im tieferen Mineralboden bei verstärkter Nitrifikation eine Erhöhung der S-Retention an. Die Magnesiumsulfat-Düngung in Schluchsee bewirkte ebenfalls einen Anstieg der Sulfat-Nachlieferung in der Of-Lage. Bei den hohen S-Mineralisierungsraten nach Ammonsulfat-bzw. Magnesiumsulfat-Gabe handelt es sich wahrscheinlich um eine vermehrte Mineralisierung von Estersulfat-Schwefel und C-gebundenem Schwefel. Diese beiden organischen Schwefel-Bindungsformen wurden durch das erhöhte S-Angebot offensichtlich verstärkt gebildet.

Zusammenhänge der N- und S-Mineralisierung zeigen sich im jahreszeitlichen Verlauf vor allem in Schluchsee. Signifikante Korrelationen zwischen den N- und S-Mineralisierungsraten lassen sich allerdings nur vereinzelt finden, da beide Prozesse unterschiedliche Steuergrößen besitzen.


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