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Kurzfassung Band 73

Bauke, S . (2018): Phosphorus acquisition from arable subsoils 

 

Kurzfassung

Phosphor (P) ist eines der am stärksten limitierenden Nährelemente in der Pflanzenproduktion, obwohl große Mengen an P im Boden und v.a. im Unterboden vorhanden sind. Da der Zugang zu Nährstoffen im Unterboden von Nährstoffverfügbarkeit und Eindringwiderstand abhängt, teste ich hier in welchem Ausmaß die effiziente Ausnutzung dieser Nährstoffreserven im Unterboden durch Düngung und das Vorhandensein von Bioporen beeinflusst werden kann. Im Speziellen testete ich, (i) welchen Effekt langjährige P- und Stickstoff- (N) Düngung auf P Vorräte und P Umsatz im Unterboden hat, (ii) welchen Effekt kurzzeitige Regenwurmaktivität auf P Fraktionen im Unterboden hat und (iii) ob Bioporen die Verfügbarkeit von P und dessen Umsatz im Unterboden erhöhen können. Des Weiteren testete (iv) wie sich Düngung und Poren in Kombination auf die P-Aufnahme aus dem Unterboden auswirken. Da dieser Test nur unter sehr artifiziellen Bedingungen durchgeführt wurde, testete ich schließlich noch (v) die Anwendung von stabilen Sauerstoff- (O) Isotopen in Pflanzenphosphat als Marker für P-Aufnahme.

Ich beprobte (i) zwei Dauerdüngungsversuche mit NPK-, NK- und PK-Düngung auf einem lehmig-tonigen Boden in Gießen und auf einem sandigen Boden in Thyrow bis in 100 cm Tiefe. Des Weiteren beprobte ich in einem Feldversuch in Klein-Altendorf mit konventioneller Düngung zweimal Bioporen und Bulkboden beprobt. Ein Probenset (ii) bestand aus Unterbodenproben aus Bioporen, deren Besiedlung durch Regenwürmer bekannt war. Das andere Probenset (iii) bestand aus Bioporenproben aus dem gesamten Profil, jedoch mit unbekannter Porenhistorie. Schließlich führte ich zwei Topfexperimente durch um die P-Aufnahme durch Wurzeln zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurde Sommerweizen (iv) in Rhizotronen mit Unterboden und einem P-verarmten Oberboden angepflanzt und sieben Wochen lang in Varianten mit und ohne Bewässerung, mit und ohne P-Düngung und mit und ohne Makroporen angezogen. Um die Nachverfolgung der P-Aufnahme durch O Isotope zu testen wurde (v) Sommerweizen eine Woche in Nährlösung oder Boden mit unmarkiertem Phosphat und 18O-markiertem Wasser gehalten.

P Vorräte in Fraktionen mit unterschiedlicher chemischer Extrahierbarkeit und P Speziierung wurden durch Sequentielle Extraktion nach Hedley sowie Röntgen-Nahkanten-Absorptionsspektren (XANES) bestimmt. Die Konzentration an pflanzenverfügbarem P wurde durch Calciumlactat-Calciumacetat-Extraktion (CAL P) bestimmt. Für Hinweise auf den P Umsatz im Boden, nutzte ich die O Isotopie von Phosphat nach Extraktion mit 1M HCl Fraktion (δ18OHCl P). Die O Isotopie in Pflanzenphosphaten wurde nach Extraktion mit 0.3M Trichloressigsäure (TCA, δ18OTCA P) bestimmt. Die Aufnahme von radioaktivem 33P wurde mittels Radiographie und Flüssig-Szintillationszähler (LSC) quantifiziert.

Meine Ergebnisse zeigten (i) eine Zunahme von P Vorräten im Unterboden als Folge langjähriger Düngung. Unabhängig vom Bodentyp erfolgte die Zunahme in der Reihenfolge NK < NPK < PK, obwohl dieser Trend auf dem sandigen Standort in Thyrow starker ausgeprägt war als auf dem lehmig-tonigen Standort in Gießen. In Thyrow, ergaben sich außerdem in den NK Varianten δ18OHCl P Werte die im Unterboden weiter vom Gleichgewichtswert entfernt waren als die NPK Varianten. Alle anderen Varianten hatten nur geringe Effekte auf die δ18OHCl P Werte. Ohne Berücksichtigung eines Düngeeffekts, zeigte sich außerdem, dass (ii) kurzfristige Regenwurmäktivität die Gehalte an CAL P und labilen P Fraktionen signifikant erhöhen kann. Jedoch wird (iii) das labile P in den Bioporen in stabileren, HCl-extrahierbaren Fraktionen festgelegt wie sich anhand von δ18OHCl P Werten nahe dem Gleichgewichtswert zeigte. Der zusätzliche Eintrag an pflanzenverfügbarem P in Bioporen war somit scheinbar höher als die Aufnahme durch Pflanzenwurzeln. In den Rhizotronen wurden (iv) Spross- und Wurzelbiomasse sowie Wurzelwachstum in den Unterboden und 33P-Aufnahme durch Düngung und Beregnung erhöht, genauso wie die Aufnahme von 33P. Jedoch wurden diese Prozesse kaum durch das Vorhandensein von Poren im Unterboden beeinflusst. Die alternative Anwendung von O Isotopen als Marker für P-Aufnahme ist nur eingeschränkt möglich, da (v) im Spross O Isotope zwischen Phosphat und dem markierten Wasser ausgetauscht wurden. Jedoch konnte ich eine Wiederfindung von bis zu 70% der O Isotopie des Düngers in den Wurzeln feststellen, welche sich somit als Schnittstelle für die Analyse der P-Aufnahme auch in Feldversuchen anbieten.

Zusammenfassend haben sowohl Düngung als auch Bioporen einen Effekt auf den P Umsatz im Unterboden. Der Einfluss der Bioporen war jedoch auf die Porenwand beschränkt, während das Vorhandensein von Poren im Unterboden die P-Aufnahme kaum beeinflusste. Sowohl in den Feldexperimenten als auch im Rhizotronversuch zeigte sich, dass eine verbesserte Ausnutzung von P Vorräten im Unterboden nicht im Ausgleich für Nährstoffmangel im Oberboden erfolgt, sondern nur durch eine ausreichende Versorgung mit P und anderen Nährstoffen wie N und Wasser im Oberboden erreicht werden kann.

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