Dynamik der organischen Bodensubstanz nach Anlage von ...
Dynamik der organischen Bodensubstanz nach Anlage von ...
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<strong>Dynamik</strong> <strong>der</strong> <strong>organischen</strong><br />
<strong>Bodensubstanz</strong> <strong>nach</strong> <strong>Anlage</strong> <strong>von</strong><br />
Schnellwuchsplantagen<br />
Nicole Heyn und Christine Wachendorf<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Zielstellung<br />
Bestimmung des Einflusses <strong>von</strong> Kurzumtriebsplantagen auf die C-<br />
<strong>Dynamik</strong> des Bodens:<br />
Die Än<strong>der</strong>ung <strong>von</strong> Gesamt- C im Mineralboden ist <strong>nach</strong> <strong>der</strong><br />
Umstellung <strong>der</strong> Bewirtschaftung schlecht <strong>nach</strong>weisbar, da<br />
(1) Die Variabilität in <strong>der</strong> Fläche groß ist<br />
(2) Die Än<strong>der</strong>ungsrate während kurzer Zeiträume gering ist<br />
→ Untersuchung <strong>von</strong> Fraktionen <strong>der</strong> <strong>organischen</strong> <strong>Bodensubstanz</strong><br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Tordis<br />
AF2<br />
Max 1<br />
Inger<br />
AF2<br />
Inger<br />
Hybride<br />
275<br />
Parzellengröße: 9 * 10 m<br />
Versuchsdesign des ProLoc-Versuches<br />
Inger<br />
Hybride<br />
275<br />
Tordis<br />
Max 1<br />
Tordis<br />
AF2<br />
Hybride<br />
275<br />
Max 1<br />
Inger<br />
Hybride<br />
Tordis Max 1<br />
AF2<br />
275<br />
• <strong>Anlage</strong> <strong>der</strong> KUP April 2008<br />
• 1111 Stecklinge ha -1<br />
• 5 Klone (3 Pappel-/2 Weiden-<br />
klone) in 4 Wie<strong>der</strong>holungen<br />
•unterschiedliche Vornutzungen<br />
(Acker n=11, Grünland n=5, KUP<br />
n=1, Wald n=2, Rekultivierungs-<br />
fläche n=1)<br />
Bodenkundliche<br />
Untersuchungen an 20<br />
Standorten, auf <strong>der</strong><br />
Variante (Max1)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Lage <strong>der</strong> ausgewählten ProLoc-Versuchsstandorte<br />
Kürzel Standortname<br />
BE Bernburg<br />
BO Borlinghausen<br />
DO Dollendorf<br />
EM Emmendingen<br />
FO Forchheim<br />
GÜ Gülzow<br />
HA Haus Düsse<br />
ID Iden<br />
KL Klein-Altendorf<br />
KÖ Königshovener Höhe<br />
KU Kummerow<br />
LE Lehmkaute<br />
LI Lilienthal<br />
LÖ Löwenberg<br />
NH Neuhof<br />
NR Neuruppin<br />
TH Thammenhain<br />
TR Trenthorst<br />
UN Unterrieden<br />
WI Wildbergerhütte<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
� Än<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> C-Verteilung in verschiedener Bodenfraktionen unter KUP<br />
fehlende Bodenbarbeitung (Balesdent et al. 2000, Kahle et.al. 2007,<br />
Kasper et.al. 2009, Lal et.al. 1997, Schlesinger 2000)<br />
vermuteter vermehrter Eintrag an organischer Substanz (Meiresonne<br />
et. al. 2007)<br />
Hypothesen<br />
� Herausbildung eines Tiefengradienten im ehemals homogenen Ap-<br />
Horizont auf Standorten mit geringer bis mittlerer biologischer Aktivität<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
� Probenahme aus vier Bodentiefen: 0-5, 5-30, 30-60, 60-90 cm (Oktober 2008-<br />
November 2009)<br />
� Fraktionierung wasserstabiler Aggregate<br />
(Nasssiebung <strong>nach</strong> John et.al. 2005, Márquez et.al. 2004)<br />
� Makroaggregate: 2000-250 µm<br />
� Mikroaggregate: 250-53 µm<br />
Methodik<br />
� Freie partikuläre organische Substanz (fPOM)<br />
� Intraaggregierte organische Substanz (iPOM)<br />
� Bestimmung des Sandanteils <strong>der</strong> Aggregate (John et.al. 2005, Six et.al. 2000)<br />
� Bestimmung <strong>von</strong> C t in carbonatfreien Aggregatfraktionen und in <strong>der</strong> POM<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Corg-Vorrat [t/ha]<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Mittlere Gesamtbodenkohlenstoffvorräte <strong>der</strong> ProLoc-<br />
Versuchsstandorte bis zu einer Bodentiefe <strong>von</strong> 90 cm<br />
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus<br />
Düsse, ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ<br />
Löwenberg, NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung<br />
MW 114
Corg Vorrat [%]<br />
Mittlere Bodenkohlenstoffvorräte <strong>der</strong> ProLoc-Versuchsstandorte<br />
bis zu einer Bodentiefe <strong>von</strong> 90 cm<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus<br />
Düsse, ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ<br />
Löwenberg, NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung<br />
0-5 cm<br />
5-30 cm<br />
30-60 cm<br />
60-90 cm
C org [%]<br />
Mittlere Verteilung des C org in den Aggregatfraktionen, <strong>der</strong> fPOM<br />
und <strong>der</strong> iPOM in einer Bodentiefe <strong>von</strong> 5-30 cm<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
BE BO DO EM FO GÜ HA ID KL KÖ KU LE LI LÖ NH NR TH TR UN WI<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, DO Dollendorf, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,<br />
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KÖ Königshovener Höhe, KU Kummerow, LE Lehmkaute, LI Lilienthal, LÖ Löwenberg,<br />
NH Neuhof, NR Neuruppin, TH Thammenhain, TR Trenthorst, UN Unterrieden, WI Wildbergerhütte)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung<br />
iPOM<br />
fPOM<br />
< 53 µm<br />
250-53 µm<br />
> 250 µm
Mittlere C org-Mengen <strong>der</strong> sandfreien Makroaggregate<br />
im Oberboden <strong>der</strong> Standorte mit homogenem Ap-Horizont<br />
Corg [mg g -1 ]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
BE BO EM FO GÜ HA ID KL KU NH TH UN<br />
a<br />
b<br />
0-5 cm<br />
5-30 cm<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,<br />
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KU Kummerow, NH Neuhof, TH Thammenhain, UN Unterrieden;<br />
ungleiche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Horizonten eines Standortes<br />
(p
Mittlere C org-Mengen <strong>der</strong> sandfreien Mikroaggregate<br />
im Oberboden <strong>der</strong> Standorte mit homogenem Ap-Horizont<br />
Corg [mg g -1 ]<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
0-5 cm<br />
5-30 cm<br />
Sd<br />
BE BO EM FO GÜ HA ID KL KU NH TH UN<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, EM Emmendingen, FO Forchheim, GÜ Gülzow, HA Haus Düsse,<br />
ID Iden, KL Klein-Altendorf, KU Kummerow, NH Neuhof, TH Thammenhain, UN Unterrieden)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Zusammenfassung (1)<br />
� Bei 12 <strong>von</strong> 20 Standorten folgt die Speicherung des C org <strong>der</strong> Reihenfolge:<br />
Makroaggregate > Mikroaggregate > iPOM > fPOM<br />
� Akkumulation <strong>von</strong> POM durch zeitweilig ungünstige Standortbedingungen<br />
(z.B. Trockenheit auf Sandböden, Wasserüberschuss in Grundwasser-<br />
böden) sowie auf ehemaligen Waldstandorten<br />
� In ehemals homogenen Oberböden haben sich <strong>nach</strong> ½ bis 1½ Jahren <strong>der</strong><br />
KUP-Bewirtschaftung, mit Ausnahme einer ehemaligen KUP, noch keine<br />
Unterschiede in den Gehalten an C org in den Makroaggregaten und in den<br />
Mikroaggregaten herausgebildet<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Corg-Vorrat [t/ha]<br />
Gesamtbodenkohlenstoffvorräte <strong>von</strong> Oberböden<br />
unter KUP und be<strong>nach</strong>bartem Acker und Grünland*<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
*<br />
BE BO FO KL UN<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)<br />
KUP<br />
Acker<br />
* Grünland<br />
Sd<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
C org in Makroaggregaten (% Gesamt-C des Bodens)<br />
in 5-30 cm Bodentiefe unter KUP, Acker und Grünland<br />
Corg [%]<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
BE *<br />
BO FO KL UN<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)<br />
KUP<br />
Acker<br />
* Grünland<br />
Sd<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
C org in Mikroaggregaten (% Gesamt-C des Bodens) in 5-30 cm<br />
Bodentiefe unter KUP, Acker und Grünland<br />
Corg [%]<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
*<br />
BE BO FO KL UN<br />
(BE Bernburg, BO Borlinghausen, FO Forchheim, KL Klein-Altendorf, UN Unterrieden)<br />
KUP<br />
Acker<br />
* Grünland<br />
Sd<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Zusammenfassung (2)<br />
� 2 Jahre <strong>nach</strong> <strong>Anlage</strong> <strong>der</strong> KUP haben sich im Oberboden zwischen <strong>der</strong><br />
KUP und <strong>der</strong> be<strong>nach</strong>barten Ackerfläche bzw. Grünlandfläche keine<br />
signifikanten Unterschiede in den Gehalten an C org sowohl in den<br />
Makroaggregaten als auch in den Mikroaggregaten herausgebildet<br />
� Tendenziell steigt die C-Speicherung des C org in <strong>der</strong> Makroaggregatfrak-<br />
tion unter KUP, <strong>der</strong> C org in Mikroaggregaten nimmt unter KUP ab<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Dank<br />
� Helfer im Feld und Labor: Matthias Wollrath, Sabine Schröter, Ralf<br />
Mack, Jan Peters, Philip Julius, Timo Wilmesmeier, Miriam Hack,<br />
Regine Holloh, Karoline Czynski, Franziska Göbel, Julia Albrecht,<br />
Martina Hai<strong>der</strong><br />
� Versuchsansteller vor Ort<br />
� Kompetenzzentrum HessenRohstoffe<br />
(HeRo) e.V.<br />
� Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe<br />
e.V. (FNR)<br />
� Bundesministerium für Ernährung,<br />
Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV)<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Literatur (1)<br />
Balesdent, J., Chenu, C., Balabane, M., 2000. Relationship of soil organic<br />
matter dynamics to physical protection and tillage. Soil and Tillage Research<br />
53: 215-230.<br />
John, B., Yamashita, T., Ludwig, B., Flessa, H., 2005. Storage of organic<br />
carbon in aggregate and density fractions of silty soils un<strong>der</strong> different types of<br />
land use. Geo<strong>der</strong>ma 128: 63-79.<br />
Kahle, P., Hildebrand, E., Baum, C., Boelcke, B., 2007. Long-term effects of<br />
short rotation forestry with willows and poplar on soil properties. Archives of<br />
Agronomy and Soil Science, 53 (6): 673-682.<br />
Kasper, M., Buchan, G.D., Mentler, A., Blum, W.E.H., 2009. Influence of soil<br />
tillage systems on aggregate stability and the distribution of C and N in<br />
different aggregate fractions. Soil and Tillage Research 105: 192-199.<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung
Literatur (2)<br />
Lal, R., Kimble, J.M., 1997. Conservation tillage for carbon sequestration.<br />
Nutrient Cycling in Agroecosystems 49: 243-253.<br />
Márquez, C.O, Garcia, V.J, Cambardella, C.A., Schultz, R.C., Isenhart, T.M.,<br />
2004. Aggregate-Size Stability Distribution and Soil Stability. Soil Sci. Soc. Am.<br />
J. 68: 725-735.<br />
Meiresonne, L.; De Schrijver, A.; De Vos, B., 2007. Nutrient cycling in a poplar<br />
plantation (Populus trichocarpa x Populus deltoides 'Beaupré') on former<br />
agricultural land in northern Belgium. Can. J. Forest Res. 37(1): 141-155.<br />
Schlesinger, W., 2000. Carbon sequestration in soils: some cautions amidst<br />
optimism. Agriculture, Ecosystems and Environment 82: 121-127.<br />
Six, J., Elliott, E.T., Paustian, K., 2000. Soil macroaggregate turnover and<br />
microaggregate formation: a mechanism for C sequestration un<strong>der</strong> no-tillage<br />
agriculture. Soil Biology and Biochemistry 32: 2099-2103.<br />
Nicole Heyn<br />
Bodenbiologie und Pflanzenernährung