Soil organic matter stabilization and turnover in agricultural post-fen soils
Final Report Abstract
Moore speichern große Mengen an organischer Bodensubstanz (OBS) und sind oft durch landwirtschaftliche Nutzung entwässert. Dies führt zu Torfzersetzung und deutlichen Verlusten an Kohlenstoff (SOC). Dabei können sich Moorböden zu Moorfolgeböden (MFB) entwickeln, die eine Sonderstellung zwischen mineralischen und organischen Böden einnehmen und hohe Flächenrelevanz besitzen. Trotz langjähriger Nutzung enthalten MFB vergleichsweise hohe Gehalte an OBS, die möglicherweise auch aus alten torfbürtigen Bestandteilen aus der Zeit der Moorbildung besteht. Es ist derzeit allerdings unklar, wie die OBS in MFB vor Mineralisierung geschützt wird. Möglicherweise kommt es, wie für Mineralböden bekannt, zur Okklusion der OBS in mineralische Aggregate sowie zur Bildung organo-mineralischer Assoziationen. Ziel des Projektes war die Untersuchung von Stabilisierungs- und Umsetzungsprozessen der OBS in MFB im Hinblick auf den möglichen Einfluss alter, torfbürtiger Bestandteile. Dazu wurden Oberböden von sechs MFB an zwei Standorten (Maisanbau seit mindestens 40 Jahren und Dauergrünland) untersucht, die verschiedenen Entwässerungseinflüssen ausgesetzt waren und dadurch unterschiedliche Stadien der Bodenentwicklung repräsentierten. Mittels Dichtefraktionierung und Ultraschallenergie gelang es erstmalig, die OBS in MFB erfolgreich zu fraktionieren und dabei die freien (fPOM), okkludierten (oPOM) und mineralassoziierten Bestandteile (mOM) voneinander zu trennen. Außerdem konnten bei der Fraktionierung auftretende C-Verluste quantifiziert werden. Der Großteil des SOC in den MFB befand sich in der fPOM-Fraktion. Dies steht im Gegensatz zu zahlreichen Untersuchungen, in denen der überwiegende Anteil als mineralassoziiert beschrieben wird. Außerdem wurden generell niedrigere Anteile der fPOM bzw. höhere mOM-Fraktionen mit fortschreitendem Entwässerungseinfluss beobachtet. Der Einfluss der torfbürtigen OBS auf die Umsatzdynamik wurde mittels 14C-Datierungen und δ13C –Messungen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die OBS in den Oberböden und Fraktionen auffallend hohe 14C-Alter (percent Modern Carbon = 45 – 91 %) aufwies. Somit besteht auch nach 300 Jahren intensiver Entwässerung und Landnutzung ein erheblicher Anteil der untersuchten MFB aus altem, torfbürtigem SOC. Bemerkenswert war außerdem, dass die fPOM-Fraktionen tendenziell keine geringeren durchschnittlichen 14C-Alter oder δ13C–Werte als die Gesamtböden oder die okkludierten und mineralassoziierten Anteile zeigten. Dies widerspricht der allgemeinen Auffassung, dass die freie OBS überwiegend aus frisch eingebrachten Ernterückständen besteht, die vergleichsweise rasch umgesetzt werden können und deshalb entsprechend geringe Verweilzeiten im Boden aufweisen. Neben den für die Stabilisierung der OBS in Mineralböden verantwortlichen Wechselwirkungen mit der mineralischen Phase, spielt offenbar die chemische Rekalzitranz der alten, torfbürtigen OBS eine erhebliche Rolle bei der Umsatzdynamik in MFB und beeinflusst somit auch entscheidend die Kohlenstoffspeicherung. Bisher ist allerdings noch unklar, wie sich die alten Torfbestandteile in MFB zusammensetzen und welche Verbindungen bzw. funktionellen Gruppen für die Rekalzitranz verantwortlich sind und eine rasche Mineralisation der OBS verhindern. Um diese Verbindungen zu bestimmen und deren Qualität zu beschreiben, sind weitere Folgeuntersuchungen zur Umsatzdynamik und zur chemischen Strukturaufklärung der OBS in MFB notwendig.
Publications
- (2017): Stabilization of soil organic matter in agricultural post-fen soils. In: Proceedings of the 6th international congress of Soil organic Matter, Rothamsted Research, Harpenden, United Kingdom
Heller, C & Zeitz, J.
- (2017): Untersuchungen zur Stabilität der organischen Bodensubstanz in agrarisch genutzten Niedermoorfolgeböden. In: Tagungsband der 61. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft für Grünland und Futterbau der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V., Berlin/Paulinenaue
Heller, C. & Lammel, M.
