Dynamik der organischen Bodensubstanz nach Anlage von ...

Dynamik der organischen
Bodensubstanz nach Anlage von
Schnellwuchsplantagen
Nicole Heyn und Christine Wachendorf
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Zielstellung
Bestimmung des Einflusses von Kurzumtriebsplantagen auf die C-
Dynamik des Bodens:
Die Änderung von Gesamt- C im Mineralboden ist nach der
Umstellung der Bewirtschaftung schlecht nachweisbar, da
(1) Die Variabilität in der Fläche groß ist
(2) Die Änderungsrate während kurzer Zeiträume gering ist
→ Untersuchung von Fraktionen der organischen Bodensubstanz
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Tordis
AF2
Max 1
Inger
AF2
Inger
Hybride
275
Parzellengröße: 9 * 10 m
Versuchsdesign des ProLoc-Versuches
Inger
Hybride
275
Tordis
Max 1
Tordis
AF2
Hybride
275
Max 1
Inger
Hybride
Tordis Max 1
AF2
275
• Anlage der KUP April 2008
• 1111 Stecklinge ha -1
• 5 Klone (3 Pappel-/2 Weiden-
klone) in 4 Wiederholungen
•unterschiedliche Vornutzungen
(Acker n=11, Grünland n=5, KUP
n=1, Wald n=2, Rekultivierungs-
fläche n=1)
Bodenkundliche
Untersuchungen an 20
Standorten, auf der
Variante (Max1)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Lage der ausgewählten ProLoc-Versuchsstandorte
Kürzel Standortname
BE Bernburg
BO Borlinghausen
DO Dollendorf
EM Emmendingen
FO Forchheim
GÜ Gülzow
HA Haus Düsse
ID Iden
KL Klein-Altendorf
KÖ Königshovener Höhe
KU Kummerow
LE Lehmkaute
LI Lilienthal
LÖ Löwenberg
NH Neuhof
NR Neuruppin
TH Thammenhain
TR Trenthorst
UN Unterrieden
WI Wildbergerhütte
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

� Änderung der C-Verteilung in verschiedener Bodenfraktionen unter KUP
fehlende Bodenbarbeitung (Balesdent et al. 2000, Kahle et.al. 2007,
Kasper et.al. 2009, Lal et.al. 1997, Schlesinger 2000)
vermuteter vermehrter Eintrag an organischer Substanz (Meiresonne
et. al. 2007)
Hypothesen
� Herausbildung eines Tiefengradienten im ehemals homogenen Ap-
Horizont auf Standorten mit geringer bis mittlerer biologischer Aktivität
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

� Probenahme aus vier Bodentiefen: 0-5, 5-30, 30-60, 60-90 cm (Oktober 2008-
November 2009)
� Fraktionierung wasserstabiler Aggregate
(Nasssiebung nach John et.al. 2005, Márquez et.al. 2004)
� Makroaggregate: 2000-250 µm
� Mikroaggregate: 250-53 µm
Methodik
� Freie partikuläre organische Substanz (fPOM)
� Intraaggregierte organische Substanz (iPOM)
� Bestimmung des Sandanteils der Aggregate (John et.al. 2005, Six et.al. 2000)
� Bestimmung von C t in carbonatfreien Aggregatfraktionen und in der POM
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Corg-Vorrat [t/ha]
700
600
500
400
300
200
100
0
Mittlere Gesamtbodenkohlenstoffvorräte der ProLoc-
Versuchsstandorte bis zu einer Bodentiefe von 90 cm
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus
Düsse, ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ
Löwenberg, NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
MW 114

Corg Vorrat [%]
Mittlere Bodenkohlenstoffvorräte der ProLoc-Versuchsstandorte
bis zu einer Bodentiefe von 90 cm
100
80
60
40
20
0
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus
Düsse, ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ
Löwenberg, NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
0-5 cm
5-30 cm
30-60 cm
60-90 cm

C org [%]
Mittlere Verteilung des C org in den Aggregatfraktionen, der fPOM
und der iPOM in einer Bodentiefe von 5-30 cm
100
80
60
40
20
0
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ Löwenberg,
NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
iPOM
fPOM
< 53 µm
250-53 µm
> 250 µm

Mittlere C org-Mengen der sandfreien Makroaggregate
im Oberboden der Standorte mit homogenem Ap-Horizont
Corg [mg g -1 ]
25
20
15
10
5
0
BE BO EM FO GÜ HA ID KL KU NH TH UN
a
b
0-5 cm
5-30 cm
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KU Kummerow, NH Neuhof, TH Thammenhain, UN Unterrieden;
ungleiche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Horizonten eines Standortes
(p

Mittlere C org-Mengen der sandfreien Mikroaggregate
im Oberboden der Standorte mit homogenem Ap-Horizont
Corg [mg g -1 ]
10
8
6
4
2
0
0-5 cm
5-30 cm
Sd
BE BO EM FO GÜ HA ID KL KU NH TH UN
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KU Kummerow, NH Neuhof, TH Thammenhain, UN Unterrieden)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Zusammenfassung (1)
� Bei 12 von 20 Standorten folgt die Speicherung des C org der Reihenfolge:
Makroaggregate > Mikroaggregate > iPOM > fPOM
� Akkumulation von POM durch zeitweilig ungünstige Standortbedingungen
(z.B. Trockenheit auf Sandböden, Wasserüberschuss in Grundwasser-
böden) sowie auf ehemaligen Waldstandorten
� In ehemals homogenen Oberböden haben sich nach ½ bis 1½ Jahren der
KUP-Bewirtschaftung, mit Ausnahme einer ehemaligen KUP, noch keine
Unterschiede in den Gehalten an C org in den Makroaggregaten und in den
Mikroaggregaten herausgebildet
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Corg-Vorrat [t/ha]
Gesamtbodenkohlenstoffvorräte von Oberböden
unter KUP und benachbartem Acker und Grünland*
80
60
40
20
0
*
BE BO FO KL UN
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)
KUP
Acker
* Grünland
Sd
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

C org in Makroaggregaten (% Gesamt-C des Bodens)
in 5-30 cm Bodentiefe unter KUP, Acker und Grünland
Corg [%]
100
80
60
40
20
0
BE *
BO FO KL UN
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)
KUP
Acker
* Grünland
Sd
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

C org in Mikroaggregaten (% Gesamt-C des Bodens) in 5-30 cm
Bodentiefe unter KUP, Acker und Grünland
Corg [%]
100
80
60
40
20
0
*
BE BO FO KL UN
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)
KUP
Acker
* Grünland
Sd
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Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Zusammenfassung (2)
� 2 Jahre nach Anlage der KUP haben sich im Oberboden zwischen der
KUP und der benachbarten Ackerfläche bzw. Grünlandfläche keine
signifikanten Unterschiede in den Gehalten an C org sowohl in den
Makroaggregaten als auch in den Mikroaggregaten herausgebildet
� Tendenziell steigt die C-Speicherung des C org in der Makroaggregatfrak-
tion unter KUP, der C org in Mikroaggregaten nimmt unter KUP ab
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Dank
� Helfer im Feld und Labor: Matthias Wollrath, Sabine Schröter, Ralf
Mack, Jan Peters, Philip Julius, Timo Wilmesmeier, Miriam Hack,
Regine Holloh, Karoline Czynski, Franziska Göbel, Julia Albrecht,
Martina Haider
� Versuchsansteller vor Ort
� Kompetenzzentrum HessenRohstoffe
(HeRo) e.V.
� Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
e.V. (FNR)
� Bundesministerium für Ernährung,
Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV)
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Literatur (1)
Balesdent, J., Chenu, C., Balabane, M., 2000. Relationship of soil organic
matter dynamics to physical protection and tillage. Soil and Tillage Research
53: 215-230.
John, B., Yamashita, T., Ludwig, B., Flessa, H., 2005. Storage of organic
carbon in aggregate and density fractions of silty soils under different types of
land use. Geoderma 128: 63-79.
Kahle, P., Hildebrand, E., Baum, C., Boelcke, B., 2007. Long-term effects of
short rotation forestry with willows and poplar on soil properties. Archives of
Agronomy and Soil Science, 53 (6): 673-682.
Kasper, M., Buchan, G.D., Mentler, A., Blum, W.E.H., 2009. Influence of soil
tillage systems on aggregate stability and the distribution of C and N in
different aggregate fractions. Soil and Tillage Research 105: 192-199.
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Literatur (2)
Lal, R., Kimble, J.M., 1997. Conservation tillage for carbon sequestration.
Nutrient Cycling in Agroecosystems 49: 243-253.
Márquez, C.O, Garcia, V.J, Cambardella, C.A., Schultz, R.C., Isenhart, T.M.,
2004. Aggregate-Size Stability Distribution and Soil Stability. Soil Sci. Soc. Am.
J. 68: 725-735.
Meiresonne, L.; De Schrijver, A.; De Vos, B., 2007. Nutrient cycling in a poplar
plantation (Populus trichocarpa x Populus deltoides 'Beaupré') on former
agricultural land in northern Belgium. Can. J. Forest Res. 37(1): 141-155.
Schlesinger, W., 2000. Carbon sequestration in soils: some cautions amidst
optimism. Agriculture, Ecosystems and Environment 82: 121-127.
Six, J., Elliott, E.T., Paustian, K., 2000. Soil macroaggregate turnover and
microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage
agriculture. Soil Biology and Biochemistry 32: 2099-2103.
Nicole Heyn
Bodenbiologie und Pflanzenernährung