Non-exchangeable NH4-N in the subsoil:Significance for the N nutrition of plants (NitroNex)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Teilprojektes war es, den Beitrag des im Unterboden spezifisch gebundenen Ammoniums (spez. geb. NH4-N) für die Stickstoffernährung von Nutzpflanzen zu erfassen. Dazu wurden Einflussfaktoren untersucht, die für die spezifische Bindung bzw. Mobilisierung von NH4-N relevant sind. Besondere Aufmerksamkeit galt hierbei der Bedeutung der Bioporen bzw. dem Wurzelsystem (homorhiz vs. allorhiz) der angebauten Nutzpflanzen. In Feldversuchen wurden während der Vegetationsperioden 2010 und 2011 monatlich Proben aus dem Unterboden (45-75 cm und 75-105 cm) und zusätzlich auch aus dem Oberboden (0-45 cm) aus Parzellen mit unterschiedlichen Fruchtfolgen gezogen, um die Dynamik des spez. geb. NH4-N während der Vegetationsperiode zu dokumentieren. Hierbei variierten Vor- und Hauptfrüchte mit jeweils unterschiedlicher Wurzelarchitektur. Der Gehalt an spez. geb. NH4-N unterlag in den ersten Monaten der Vegetationsperiode nur geringen Veränderungen, während in der generativen Phase eine verstärkte Mobilisierung beobachtet wurde. Nach der Abreife der angebauten Pflanzen stieg der Gehalt wieder auf das Ausgangsniveau an. Nach einer homorhizen Vorfrucht konnte unter einer allorhizen Hauptfrucht eine höhere Mobilisierung an spez. geb. NH4-N festgestellt werden als unter einer homorhizen Hauptfrucht. Nach einer allorhizen Vorfrucht war dieser Unterschied nicht zu erkennen. In einem weiteren Versuch wurden unter Raps und Gerste (60 cm Bodentiefe) spezielle Diffusionstaschen platziert. Sie enthielten Boden, dessen Tonmineralzwischenschichten mit 15NH4-N markiert waren. Am Ende der Vegetationsperiode wurde überprüft, inwieweit der Boden in den Taschen an spez. geb. 15NH4-N verarmt wurde. Unter beiden Pflanzenarten konnte eine deutliche Mobilisierung des spez. geb. 15NH4-N festgestellt werden, die unter dem allorhizen Raps allerdings signifikant höher war als unter der homorhizen Gerste. Um zu überprüfen, ob organische Substanz durch Regenwürmer vom Oberboden in den Unterboden transportiert und nach dessen Mineralisierung als NH4+ spezifisch gebunden wird, wurde 15N-markierte Luzerne auf der Bodenoberfläche ausgebracht. Nach 5 und 15 Monaten wurde im Bulk-Soil und in den Auskleidungen der Bioporen des Unterbodens der Gehalt an spez. geb. 15NH4-N bestimmt. Zudem wurden nach den 15 Monaten Aufwuchsproben genommen, um festzustellen, ob die Pflanzen dem Unterboden 15N entzogen haben. In den Bioporen konnte in allen drei untersuchten Tiefen spez. geb. 15NH4-N nachgewiesen werden, d.h. organisch gebundener N der 15N-Luzerne wurde in tiefere Bodenschichten verlagert, dort mineralisiert und als 15NH4-N spezifisch gebunden. Im Folgejahr wurde eine Abnahme des Gehaltes an spez. geb. 15NH4+ im Unterboden festgestellt und in den angebauten Pflanzen 15N nachgewiesen. Um den Einfluss von K+ und Ca2+ auf die Verfügbarkeit des spez. geb. NH4+ zu untersuchen, wurde Boden mit 15NH4+ markiert und mit K+ und/oder Ca2+ gedüngt. In speziellen, mit Luzerne bepflanzten Versuchsgefäßen waren die Wurzeln durch eine Gaze von Boden getrennt. In definierten Abständen von der Wurzeloberfläche (Gaze) wurde nach 49-tägiger Wachstumsperiode der Gesamtgehalt an spez. geb. NH4-N und dessen 15N-Anteil ermittelt. Es konnte bestätigt werden, dass K+ die Tonmineralzwischenschichten kontrahiert, so dass im Vergleich zur Kontrolle weniger spez. geb. NH4-N freigesetzt wurde. Eine Wirkung von Ca2+ war nicht eindeutig festzustellen. Im Rahmen der begleitend durchgeführten Masterarbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die spezifische Bindung von NH4+-Ionen als auch die anschließende Mobilisierung des spez. geb. NH4-N vom Zeitpunkt der K-Düngung beeinflusst wird. In einem Gefäßversuch wurde 15NH4+ bzw. 15NO3- in jeweils 5 bzw. 50 cm Tiefe appliziert, um Aussagen über deren Verlagerung zu machen und um festzustellen, ob NO3- zu NH4+ reduziert und dann in die Tonmineralzwischenschichten eingelagert wird. Sowohl nach Applikation von 15NH4+ als auch von 15NO3- konnte spez. geb. 15NH4+ im Boden nachgewiesen werden. Somit konnte erstmalig gezeigt werden, dass NO3- bis zum NH4+ reduziert und anschließend spezifisch gebunden wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011): Die Bedeutung des im Unterboden spezifisch gebundenen NH4+ für die N-Versorgung der Pflanzen. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft in Berlin
Beuters, P. und Scherer, H.W.
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(2011): Spezifisch gebundenes NH4+ im Unterboden: Sein Beitrag zur N-Versorgung der Pflanze. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Pflanzenzernährung e.V. und der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V. in Kiel. Tagungsband: ISSN 0934-5116, Seite 232
Beuters, P. und Scherer, H.W.
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(2012): Modification of the standard method for determination of non-exchangeable NH4-N in soil. Plant, Soil and Environment 58, 557-560
Beuters, P. und Scherer, H.W.
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(2012): The influence of potassium and calcium on the mobilization of non-exchangeable ammonium. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Pflanzenzernährung e.V. und der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V. in Bonn. Tagungsband Seite 156
Beuters, P., Vetterlein, D. und Scherer, H.W.
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Dynamik des spezifisch gebundenen Ammoniums unter Einfluss der Fruchtfolge und der Wurzelarchitektur landwirtschaftlicher Nutzpflanzen. Dissertation, Universität Bonn. Landwirtschaftliche Fakultät - Jahrgang 2014
Beuters, P.
