Umsatz verschiedener Stickstoffformen im Auflagehumus unterschiedlich Stickstoff gesättigter Buchenwald-Ökosysteme

Institut für Bodenkunde, Uni Göttingen, Az.: 13V/00 f


Zielsetzung:

Humus nimmt mit seinen in organischer und austauschbarer Form gebundenen Nährstoffspeichern eine entscheidende Rolle für die Nährstoffversorgung in natürlichen Ökosystemen, insbesondere der N-Versorgung ein.
Jahrzehntelange atmogene Stickstoffeinträge haben, trotz starker Versauerung, zu einer Einengung des C/N-Verhältnisses geführt. Zum Schutz vor weiterer Versauerung wurden dolomitische Kalke eingesetzt, mit denen häufig vorhandener Magnesium-Mangel ausgeglichen wurde.
Bei dieser kurz skizzierten Situation sind folgende Fragen von Interesse

  • Hat der unterschiedliche Stickstoffeintrag einen Einfluss auf die Raten der CO2-und N2O-Freisetzung?
  • Welchen nachhaltigen Einfluss haben Kalkung und N-Düngung auf die C- und N-Mineralisierung sowie die N2O-Freisetzung?
  • Wird die Retention des eingetragenen Stickstoffs durch Kalkung bzw. Stickstoff-Düngung beeinflusst?


Material:

Die Untersuchungen wurden unter kontrollierten Bedingungen im Labor durchgeführt. Die Humusproben stammen aus der Versuchsfläche im Solling, einem ca. 150-jährigen Hainsimsen-Buchenwald. Die BN-Fläche wurde zwischen 1983 und 1993 jährlich mit 140 KG Ammoniumsulfat je ha gedüngt. Die BK-Fläche wurde 1982 einmalig mit 30 to Dolomitkalk je ha behandelt, während die B1-Fläche als Kontrolle unbehandelt blieb. Von jeder dieser Untersuchungsflächen wurden 20 Proben in Form von ungestörten Bodensäulen entnommen und soweit reduziert, dass lediglich das Humusprofil und ein geringer Teil an Mineralboden verblieb. Diese 60 Proben wurden im Labor mit 4 Beregnungsvarianten während 6 Monaten behandelt:
­       kein Stickstoff
­       NH4-Beregnung
­       NO³-Beregnung
­       Norg-Beregnung

Durch Verwendung von 15N-Isotopen in der Regenlösung ist eine Unterscheidung von regen- und bodenbürtigem Stickstoff möglich. Während der Versuchsdauer wurden die gasförmigen Anträge von CO2 und N2O gemessen. Ebenfalls wurde die mikrobielle Biomasse bestimmt.
Die Untersuchungen wurden an ungestörten Humusprofilen im Gewächshaus durchgeführt. Die Beregnung mit einer künstlichen Kronentraufe enthielt 15N-markierten Stickstoff je nach Variante entweder als Ammoniumsulfat, Kaliumnitrat oder Harnstoff, während die Kontrollvariante keinen Stickstoff enthielt. Eine Unterscheidung in bodenbürtigen und düngerbürtigen Stickstoff sowie in NH4, NO3 und Norg. war dadurch möglich.


Ergebnisse:

Die vorliegende Arbeit schließt an eine lange Reihe von Untersuchungen an, die auf den Flächen B1, BN und BK durchgeführt worden sind.
Die Ergebnisse der B1-Fläche spiegeln den aktuellen Zustand der organischen Auflage wieder wie er für die meisten versauerten Standorte in der Bodenzustandserhebung 1996 beschrieben wird. Während das C/N-Verhältnis gute Zersetzungsbedingungen anzeigt, ist die Nitrifikation durch die starke Versauerung gehemmt. Die Mineralisationsleistung wird überwiegend durch die Aktivität heterotropher Mikroorganismen bestimmt.
Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass die massiven N-Einträge durch die Düngung zu einer deutlichen Verschlechterung des Humuszustandes der BN-Fläche geführt haben. Obwohl das C/N-Verhältnis gute Zersetzungsbedingungen anzeigt, sind C- und N-Mineralisierung signifikant gegenüber der Kontrollfläche reduziert. Die auf der BN-Fläche beobachtete Akkumulation von organischer Substanz im Auflagehumus führt zu einem vorübergehenden Entzug von Nährelementen aus den Stoffkreisläufen und zum Aufbau eines äußerst labilen Nährstoffspeichers.
Die Kalkungsmaßnahme hat zu einer Förderung der Mineralisierungsprozesse geführt, dennoch ist langfristig kein Humusvorratsabbau eingetreten. Auf dem Standort BK hat die Kalkung zu einer nachhaltigen Reduktion der Emission des klimarelevanten Gases N2O geführt.
Die Auswirkungen der unterschiedlichen Beregnungen beschränkte sich auf eine reduzierte Retention auf allen Flächen im Fall der NO3-Beregnung und eine Förderung der Nitrifikation auf den Flächen B1 und BK im Fall der NH4 und Norg.-Beregnung.