Solvit

Bodenbiologische Untersuchungen

1. Einleitung - Biologische Bewertung der Standorte

Bevor in den folgenden Abschnitten die Ergebnisse einzelner Analysen und deren Bedeutung dargelegt werden, sollen an dieser Stelle einige einführende Betrachtungen zur Methodik (Analysen, Auswertung und Bewertung unter Einbezug der biologischen, physiko-chemischen und pedologischen Befunde) angestellt werden. Diese Betrachtungen orientieren sich an den Projekt zielen bzw. an den entsprechenden Fragestellungen:

- Sind Anzeichen oder Fakten vorhanden, die auf eine Störung der bodenbiologischen Funktionen hinweisen bzw. eine Störung belegen (Gefährdung der Bodenfruchtbarkeit)?

- Sind Anzeichen oder Fakten vorhanden, die auf einen gestörten Phosphorhaushalt hinweisen bzw. eine P-Ueberdüngung der untersuchten Böden belegen?

-Sind allfällige Störungen lokal oder regional ausgebildet?

Die Gefährdung der Bodenfruchtbarkeit lässt sich kaum anhand von direkten Vergleichen mit sogenannten "Normwerten" bzw. "Normalbereichen" für einzelne bodenbiologische Kenngrössen wie Biomasse, Atmung u.a. beurteilen. Zu gross sind die Variationen, die durch physiko-chemische, pedologische, klimatische und topographische Standortgegebenheiten oder methodisch verursacht werden und nicht im Zusammenhang mit eigentlichen (anthropogenen) Störungen stehen. Im Falle der vorliegenden Untersuchung führen derartige Vergleiche (siehe Abschnitt Ergebnisse) zur Aussage, dass noch keine ausserordentlichen Störungen eingetreten sind, da alle (vergleichbaren) Werte im "Normalbereich" für Mittellandböden liegen. Ob sich die einzelnen Standorte im Grad und in der Art der Gefährdung unterscheiden bzw. ob eine regionale Gefährdung besteht, lässt sich aus solchen Vergleichen nicht ableiten.

Für diese Untersuchung wurde daher ein weiteres Bewertungsprinzip entwickelt. Als Datenbasis dienen lediglich die in dieser Untersuchung erhobenen Daten. Damit sind methodologisch bedingte Variationen ausgeschlossen. Innerhalb dieser Datenbasis wird nach Belegen für allgemeine, funktionelle und biologisch begründbare Gesetzmässigkeiten bzw. Zusammenhänge geforscht. Zwei Vorgehensweisen sind hierbei möglich.

Einerseits können alle verfügbaren Daten mit statstischen Methoden (Korrelationstafeln, Faktorenanalyse u.a.) hinsichtlich statistischer Zusammenhänge untersucht werden. Erkannte statistische Zusammenhänge, Anomalien und Varianzen können anschliessend auf ihre (biologische) Plausibilität geprüft werden.

Andererseits kann von bekannten und belegten biologischen und ökologischen Gesetzmässigkeiten (Theorien) ausgegangen werden. Die erhobenen Daten werden anschliessend dahingehend geprüft, ob sie die erwarteten Zusammenhänge wiederspiegeln und ob Abweichungen erklärbar sind.

Gegenüber der ersten Variante hat die Zweite den Vorteil, dass die Auswertung und die notwendigen Analysen exakter geplant werden können. Wenn möglich sollte dem zweiten Verfahren der Vorrang gegeben werden. Dieses Vorgehen wurde für die vorliegende Untersuchung angewendet und die geplante Auswertung bestimmte auch die Auswahl der Analysen. Folgende Zusammenhänge wurden geprüft:

1. In einem weiten Bereich unterschiedlicher Bodentypen besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Biomasse der Bodenmikroorganismen, ihrer Grundaktivität und des Gehaltes an organischem Kohlenstoff (=OC bzw. "Humus"). Dies beruht auf der Tatsache, dass der OC die Nahrung der Organismen darstellt, und dass die drei Faktoren Nahrungsangebot-Aktivität-Biomasse einem Gleichgewichtszustand zustreben (Homöostase des Bodenökosystems). Natürliche Variationen dieses Gleichgewichtszustandes sind bedingt durch unterschiedliche Klimazonen (Temperatur, Vegetation, Wasserhaushalt) und unterschiedliche Wasser- bzw. Gasdurchlässigkeit (Moore, Auen, Grundwasserböden, staunasse Böden, durchlässige Böden)(siehe zB. Paul E.A., Clark F.E.1989. Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, San Diego, Seiten 110-113;  Gisi U. 1990. Bodenökologie. Thieme Verlag, Stuttgart, Seiten 152-178). Abweichungen, die sich nicht auf die natürlichen Variationen zurückführen lassen sind Hinweise auf anthropogene Eingriffe oder Störungen. Zur Prüfung der Homöostase wurden die Biomasse und die potentielle Aktivität (basale Gesamtatmung) identisch vorinkubierter Bodenproben (Angleichung an gleiche physikalische Bedingungen) mit bekanntem OC-Gehalt ermittelt. Bei Homöostase ist zu erwarten, dass:

a) das Verhältnis Biomasse : OC für alle Böden der gleichen Region (gleiche klimatische Bedingungen, gleiche Produktivität, vergleichbare Struktur der Lebensgemeinschaften) konstant ist.

b) die Einheitsatmung der Biomasse (CO2-Produktion je Masseneinheit Biomasse und Zeiteinheit) konstant (bzw. vergleichbar) ist.

c) die Gesamtatmung proportional zur vorhandenen Nahrung (zum OC-Gehalt) ist.

2. In natürlich gewachsenen Böden mit reifem Humus (Homöostase) besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Biomasse und der durch leicht abbaubare organische Substanzen (zB. Glucose) aktivierbaren Atmung. Diese Beobachtung wird bei der Biomassebestimmung nach der Methode von Anderson und Domsch (siehe zB. Dunger W und H J Fidler. 1989. Methoden der Bodenmikrobiologie. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart. Seite 98-99.) genutzt: aus der durch Glucose-Zugabe stimulierten Atmung lässt sich die Biomasse berechnen. Ausbleibende oder schwache Atmungsstimulierung mit fehlender Korrelation zur Biomasse sind Hinweise auf unreifen Humus (Anreicherung leicht abbaubarer organischer Substanz) bzw. auf eine gehemmte Aktivität der Bodemmikroorganismen (Novàk B. 1973. Ausnutzung biochemischer Teste in der Bodenmikrobiologie: V. Beurteilung der Stabilität der organischen Bodensubstanz. Zbl Bakt. Abt. II 128: 499-514.). Zur Prüfung dieses Zusammenhanges wurde die Glucose-aktivierte Gesamtatmung identisch vorinkubierter Bodenproben (Angleichung an gleiche physikalische Bedingungen) und der Biomasse-Gehalt mit einer unabhängigen Methode (ATP-Analyse) ermittelt. Bei ungestörten Bodenverhältnissen und reifem Humus (Homöostase) ist zu erwarten, dass:

die Glucose-aktivierte Atmung proportional zur vorhandenen Biomasse ist.

die durch Glucose aktivierte Atmung ein Vielfaches der Grundatmung beträgt (Faktor 10 oder mehr).

3. Die Produktivität der meisten Oekosysteme gemässigter Klimazonen ist hauptsächlich durch die Verfügbarkeit von Phosphor (P) limitiert. In Böden, die sich im biologischen Gleichgewicht befinden (Homöostase), sind nur sehr geringe Mengen an gelöstem Phosphat zu finden und die Zugabe von Phosphatsalzen bewirkt eine Stimulierung der Produktion (Wachstum) und damit der Gesamtaktivität bzw. der Abbauleistung der Bodenmikroorganismen (vergleiche zB. Gisi U. 1990. Bodenökologie. Thieme Verlag Stuttgart, Seiten 184ff.). Unreife Böden bzw. durch P-Ueberdüngung gestörte Böden weisen einen Phosphat-Ueberschuss auf und reagieren kaum oder nicht auf weitere mineralische P-Zugaben. Zur Prüfung der Situation bezüglich der P-Versorgung wurden die Phosphat-aktivierte Gesamtatmung identisch vorinkubierter Bodenproben (Angleichung an gleiche physikalische Bedingungen) und der ursprüngliche verfügbare Phosphat-Gehalt mit einer unabhängigen Methode (P-Testzahl) ermittelt. Bei ungestörten Bodenverhältnissen und Homöostase ist zu erwarten, dass:

die durch Phosphat aktivierte Atmung höher als die Grundatmung ist.

die Steigerung der Gesamtatmung proportional zur Erhöhung des verfügbaren P-Anteiles im Boden (Erhöhung = Zugabe / P-Testzahl) ist.

4. Der Abbau von Zellulose (Haupanteil des Streues in Graslandbiomen) bedingt ein komplexes Zusammenwirken von abiotischen Faktoren und Organismen. Mit Hilfe der unter den Punkten 1-3 erwähnten Labortests lässt sich das Potential der Bodenmikroorganismen unter optimalen Bedingungen beurteilen, nicht aber ihre wirkliche Leistung vor Ort. Deshalb wurden diese durch einen Freilandversuch ergänzt. Hierzu wurden Zellulosestücke (Rundfilter aus reiner Zellulose) für mehrere Wochen in den untersuchten Böden ausgesetzt und anschliessend der Gewichtsverlust derselben bestimmt. Im Vergleich mit den Laborversuchen und den pedologischen bzw. chemischen Bodenuntersuchungen kann die Abbauleistung der Bodenmikroorganismen und das Zusammenwirken der komplexen Standortfaktoren beurteilt werden. Prüfenswert sind die Abhängigkeiten des Zelluloseabbaues von:

dem pH-Wert der Bodenlösung (die Aktivität der beteiligten Exoenzyme ist pH sensibel).

der mittleren Bodentemperatur bzw. Höhenlage und Exposition des untersuchten Standortes.

der P-Testzahl (=Verfügbarkeit des limitierenden Nährstoffes der Bodenlösung. Zellulose enthält weder Stickstoff noch Phosphor, noch andere Nährsalze. Da der Abbau eine Besiedlung der als Filter vorliegenden Zellulose, also ein Wachstum der Bakterien und Pilze auf dem Filter bedingt, sind diese auf die genannten Nährsalze aus der Bodenlösung angewiesen.)

der Bodenfeuchte (Der Transport der Nährstoffe zum Filter und die Aktivität der Bodenorganismen ist vom Wassergehalt des Bodens abhängig.).

der Porösität des Bodens (In verdichteten Böden ist der Austasch von Material und die Bewegungsfreiheit vieler Bodenorganismen eingeschränkt, dadurch die Abbauleistung herabgesetzt.)

2. Bodenbiologische Untersuchungen

Probenahme

Für die Laboruntersuchungen (Atmung, Biomasse) wurden auf den festgelegten Parzellen von 100m2 je 25 Einzelproben entnommen und zu je einer Mischprobe vereinigt. Die Einzelproben wurden aus der Schicht von 0 - 20cm mit Hilfe eines Hohlmeisselbohrers (Durchmesser 30mm, Einfachstahl) entnommen und in PE-Beuteln gesammelt und transportiert.

Atmungsaktivitäten

Zur Bestimmung der Atmungsaktivität wurde die CO2-Entwicklung von equilibrierten (= durch Lagerung während 21 Tagen bei Raumtemperatur und Dunkelheit ins Gleichgewicht gebrachten bzw. standardisierten), feldfeuchten Bodenproben gaschromatographisch verfolgt (modifizierte Isermeyer-Methode, Isermeyer H. 1952. Eine einfache Methode zur Bestimmung der Bodenatmung..Z. Pflanzenernähr. Düng. Bodenkde 56: 26-38. ).

Neben der basalen Atmungsaktivität (Grundatmung des Bodens ohne Zusätze) wurde an Parallelproben mit P- bzw. Glucose-Zusatz (je 10 und 50mmol je kg Trockensubstanz) die Steigerung der Atmungsaktivität bestimmt (Novàk B. 1973. Ausnutzung biochemischer Teste in der Bodenmikrobiologie: V. Beurteilung der Stabilität der organischen Bodensubstanz. Zbl Bakt. Abt. II 128: 499-514.)

Biomasse

Die Biomasse wurde nach der ATP-Methode bestimmt (Maire N. 1984. Extraction de l' adénosin triphosphat dans le sol;.....Soil Biology and Biochemistry 16: 361-366.). Zur Berechnung des Biomasse-Kohlenstoffes (Bio-C, Biomasse-C = Kohlenstoff in lebenden Bodenorganismen) wurde ein ATP : C von 1 : 250 angenommen (Paul E A and F E Clark. 1989. Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, San Diego Cal.).

Zelluloseabbau im Feldversuch

Zur Bestimmung der Zelluloseabbaufähigkeit der untersuchten Böden wurden auf 10 Parzellen von 100m2 je 16 Zelluloserundfilter vergraben und nach 39 bis 48 Tagen der Gesamtgewichtsverlust bestimmt. (W. Jäggi. 1989. Bestimmung des Zelluloseabbaues im Boden im Freilandversuch. FAP Vorschrift.)

3. Chemische, physikalische und pedologische Untersuchungen

Organischer Kohlenstoff

Neben dem Bio-C bzw. Biomasse-C wurde der gesamte organische Kohlenstoffgehalt des Bodens, abgekürzt OC-Gehalt, bestimmt. OC umfasst den Kohlenstoff in lebenden Organismen und den organischen Kohlenstoff aller abgestorbenen Organismen bzw. deren Ueberreste oder Umwandlungsprodukte (zB. Humus). Die Bestimmung erfolgte titrimetrisch nach Oxidation des OC mit Chromschwefelsäure.

Nährstoffe, Körnung und andere Standortdaten

Sämtliche in diesem Bericht benutzten Daten, die nicht unter dem Punkt Bodenbiologische Untersuchungen eingeführt wurden, stammen aus dem gleichnamigen Bericht der AGBA AG zum gleichen Projekt.

4.Ablauf der Probenverarbeitung und Analysen für die bodenbiologische Untersuchung

14. und 15 5. 1992: Probenahme und Zellulose-Filter im Feld einsetzen
15. 5. - 21. 5. 1992: Lagerung der Proben im Kühlschrank bei 4-6°C
21. 5. 1992 : Sieben und Homogenisieren der Proben  (Stahlsieb, Maschenweite 2mm)
ab 21. 5. 1992 : Lagerung der Proben in gedeckten Aluschalen bei RT
22. 5. 1992 : Bestimmung der Feldkapazität und des Trockengewichts
25. 5. 1992 : Versand der Teilproben für die ATP-Bestimmung (Biomasse) bei Orlab SA, Orbe.
26. 5. 1992 : ATP-Bestimmung durch Orlab SA, Orbe.
11. 6. 1992 : Einwaage für die Atmungsbestimmungen.
12. 6. 1992 : Atmungsbestimmungen 1 (CO2-Messungen)
13. 6. 1992 : Atmungsbestimmungen 2 (CO2-Messungen, O2-Messungen).
22. und 23. 6. 1992 : 1. Portion Filter ausgraben (W1, 5.1, 14.2, 12.3, 11.1, 8.3, 7.1)
24. 6. 1992 : 1. Portion Filter trocknen, Lagerung im Exsikator.
1. 7. 1992 : 1. Portion Filter abrauchen, veraschen.
1. 7. 1992 : 2. Portion Filter ausgraben (15.2, 2.1, 1.1).
2. 7. 1992 : 2. Portion Filter trocknen.
4. 7. 1992 : Trockengewichtsbestimmung 2. Portion Filter.
5. 7. 1992 : 2. Portion Filter abrauchen, veraschen. Abschluss der Analysen

5. Ergebnisse

Biomasse

Die Gehalte an Biomasse-Kohlenstoff (Biomasse-C) der equilibrierten Bodenproben liegen im Bereich von 6 bis 45mg / kg TS. Diese Werte sind im Schnitt etwa 10mal geringer als für frische Bodenproben erwartet wird (Normalbereich 120 bis 1000mg Bio-C / kg TS; Wegleitung zur Beurteilung der Bodenfruchtbarkeit. BUWAL und FAC. Stand 1. 9. 1991.). Dies dürfte einerseits ein Effekt der Vorinkubation bzw. Equilibrierung der Proben sein, andererseits ist zu beachten, dass die "Normwerte" mit einer anderen Methode erhoben wurden. Die ermittelten Werte können daher nur unter sich bzw. mit identisch ermittelten Werten verglichen werden. Maire et al. (1990. Influence des paratiques culturales sur l'équilibre physico-chimique et biologique des sols agricoles. Schweiz Landw Fo 29/1: 59-72) gibt zum Beispiel für konventionel bewirtschaftete Ackerböden des Mittellandes einen Mittelwert von 4.5 mg Bio-C / kg TS an, für biologisch bewirtschaftete Böden bis doppelt so hohe Werte und ungestörte Böden (Wald, Wiese, Weide) weisen in der Regel höhere Biomassegehalte auf als Ackerböden, womit die gefundenen Werte nicht auffällig erscheinen.

Der Tiefstwert von 6.1 mg Bio-C / kg TS wurde für den Waldboden vom Standort W1 ermittelt. Bei dieser Probe wurde, im Gegensatz zu allen anderen Proben, schwach belebte Erde (ab 5cm) mit der gut belebten Erde von 0-5cm (ohne Auflage) vermischt, was zu einer "Verdünnung" der Biomasse führte. Die anderen Standorte lieferten Proben mit einer augenscheinlich homogeneren Verteilung der Belebung in der Schicht von 0 - 20 cm. Der Höchstwert von 44.5 mg Bio-C / kg TS wurde für den Moorboden vom Standort 12.3 ermittelt. Die Wiesen- / Weidenböden liegen im Bereich von 15 bis 35 mg Bio-C / kg TS.

Bildet man die Verhältniszahl aus der Biomasse und dem Gehalt an organischem Kohlenstoff OC, so lassen sich die Böden in zwei Gruppen einteilen (vergleiche Abbildung 1): Wiesen-/Weidenstandorte mit relativ hohem Biomasseanteil (gBio-C/gOC = 1/1371, s = 172), mit Ausnahme des Standortes 7.1, der im Vergleich einen unterdurchschnittlichen Biomasse-Gehalt aufweist (gBio-C/gOC = 1/2425), und die Wald-/Moorstandorte W1 bzw. 12.3 mit relativ geringem Biomasseanteil (gBio-C/gOC = 1/6370 bzw. 1/5692). Die ähnlichen Verhältnisse bei W1 und 12.3 deuten an, dass bei W1 die Biomasse mit den OC-reichen Lagen assoziert ist bzw. die Bodenorganismen hauptsächlich die humusreichen Lagen besiedeln. Die im Vergleich zum Moorboden tiefen Absolutwerte für OC und Bio-OC des Waldbodens sind auf die Verdünnung mit humusarmen Lagen zurückzuführen. Am Standort 7.1 liegt ein ehemaliger Moorboden vor, der sich offensichtlich in einem Uebergangsstadium befindet.

ABBILDUNG 1 (nicht dargestellt)

Atmungsaktivitäten

Die ermittelten basalen Atmungsaktivitäten der equilibrierten Proben liegen alle im oder leicht unter dem Normalbereich von 25 bis 100 mg CO2 / kg TS * Tag (Wegleitung zur Beurteilung der Bodenfruchtbarkeit. BUWAL und FAC. Stand 1. 9. 1991.).
Zwischen der Basalatmung und der Biomasse ist eine positive Korrelation festzustellen (vergleiche Abbildung 2). Die Verhältniszahl Atmung zu Biomassegehalt beträgt, ohne Standort W1, im Mittel 1.22 gCO2/gBio-C*Tag (s = 0.27, n = 9). Dies bedeutet, dass die potentielle basale Atmungsaktivität der Bodenmikroorganismen an allen Standorten ähnlich ist, bzw. dass kaum Hemmungen chemischer Natur vorliegen. Auffallend ist lediglich die, relativ gesehen, hohe Basalatmung des Waldbodens vom Standort W1(3.59 gCO2/gBio-C*Tag). Die Ursache hierfür liegt wahrscheinlich im schon erwähnten Vermischen von humusreichen und mineralreichen Schichten bei der Bildung der Mischprobe, wodurch für die Bodenorganismen die gleichzeitige Verfügbarkeit von organischem Substrat (OC) und mineralischen Nährstoffen wesentlich verbessert wurde.

ABBILDUNG 2 (nicht dargestellt)

Zur Beurteilung der aktivierten Atmung bei P- bzw. Glucose-Zusatz, wurden die Atmungsaktivitäten pro Gramm Biomasse-Kohlenstoff und Tag berechnet, sodann die Verhältniszahlen zur Basalatmung gebildet (siehe Abbildung 3A). Diese Verhältniszahlen drücken die Steigerung der Grundaktivität infolge der Zusätze aus und lassen die Reaktion der Bodenorganismen unabhängig von ihrer Dichte beurteilen.
Die erwartete Proportionalität zwischen Glucose-aktivierter Atmung und Biomasse lässt sich bei dem höheren Glucose Zusatz (r = 0.8728 für 50mmol Glucose / kg TS) bestätigen (Korrelationsfaktor r über dem 99.9%-Signifikanzwert von 0.8471). Die entsprechenden Verhältniszahlen wurden zur weitergehenden Interpretation herangezogen. Bei den geringeren Dosierungen (10mmol) sind bei den Böden mit höheren Biomassen Glucose-Limitationen (Verbrauch der Glucose vor Ablauf des Experimentes) zu beobachten, weshalb die Messwerte nicht zur Biomasse korrelierbar sind.
Ein deutlich unterdurchschnittlicher Effekt ist für den Standort 12.3 festzuhalten. Hier liegt ein Boden mit relativ hohem Anteil an unreifem Humus (12.3, torfiger Boden) vor. Relativ hohe Aktivierungseffekte zeigen die Standorte W.1 (Wald) und 7.1 (Staunässe, Ried), was darauf hinweist, dass der grösste Anteil des Boden-OC in der Form von reifem Humus vorliegt. Im Mittel ist eine zur Biomasse proportionale Aktivierung etwa um den Faktor 7 +/- 2 festzustellen. Die untersuchten Böden unterscheiden sich, mit Ausnahme der erwähnten Standorte, in ihrem Verhalten kaum und können bezüglich ihrer biologischen Aktivität und Reaktionsfähigkeit nicht als gestörte Böden angesprochen werden.
Die Korrelationsanalyse ergab nur für 10mmol P-Zusatz eine deutliche Proportionalität zwischen aktivierter Atmung und Biomasse (r = 0.8629 bzw 0.5448 für 10mmol bzw 50mmol P). Ohne Berücksichtigung des Standortes 5.1 ergibt sich auch für die höhere Dosierung eine deutliche Korrelation (r = 0.8024, bei r (99%) = 0.7348).
Eine relativ geringe Aktivierung durch P, bei gleichzeitig relativ geringer Aktivierung durch Glucose, zeigte sich bei den Böden vom Standort 5.1 und 12.3. Diese Böden sind offensichtlich überdurchschnittlich mit mineralischem P versorgt. Starke Aktivierungen sind bei den Böden vom Standort W.1 und 7.1 zu beobachten, was auf eine relative Knappheit an mineralischem P hindeutet. Im Mittel ist kaum eine Aktivierung festzustellen, was eher auf einen P-Überschuss hinweist. Entscheidend im Bezug auf den Phosphorhaushalt der untersuchten Böden ist aber die Tatsache, dass die durch die Zugabe von 50mmol P in Form von Phosphat ausgelöste Atmungserhöhung (Verhältnis P-aktivierte Atmung zu Basalatmung = Ra/B) bei allen Bodenproben proportional zur Steigerung des verfügbaren P-Anteils (Verhältnis P-Zugabe/P-Testzahl) ist. Dies bedeutet, dass die Aktivität bzw. Produktivität der Bodenmikroorganismen an allen Standorten in erster Linie von der Verfügbarkeit des mineralischen Phosphors abhängt, so wie es für die meisten, ungestörten Oekosysteme erwartet wird. Von einer, die Bodenorganismen schädigenden bwz. die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigenden P-Ueberdüngung kann an keinem der untersuchten Standorte, die sich grundsätzlich identisch verhalten, die Rede sein.

ABBILDUNG 3A (nicht dargestellt)

ABBILDUNG 3B (nicht dargestellt)

Zelluloseabbau im Freilandversuch

Die Spanne der gefundenen Werte von 1.8 bis 7.2 mg Zellulose / cm2 in 42 Tagen deckt sich nicht ganz mit dem Normbereich von 3 - 12 mg Zellulose / cm2 in 42 Tagen für den Zelluloseabbau im Laborversuch bei 20°C (Wegleitung zur Beurteilung der Bodenfruchtbarkeit. BUWAL und FAC. Stand 1. 9. 1991.). Dies ist vermutlich in erster Linie auf tiefere Bodentemperaturen zurückzuführen (die Feuchte der Böden lag zu Begin der Expositionszeit bei 0 - 20 cm zwischen 30 und 40% der maximalen Wasserhaltekapazität; die exponierten Filter waren beim Ausgraben nass).
Der geringste Abbau fand beim Waldstandort W1 statt. Fast so tiefe Werte wurden für die Standorte 1.1, 11.1 und 14.2 gefunden (2 bis 2.7 mg Zellulose / cm2 in 42 Tagen). Am Moorbodenstandort 12.3 entsprach der Abbau dem Mittelwert, an den restlichen 5 Standorten lag der Abbau deutlich über dem Mittel 4.5 mg Zellulose / cm2 in 42 Tagen.
Um einen Vergleich mit den Labordaten und Literaturdaten zu schaffen wurden für jeden Standort die Zeitkonstanten des Zelluloseabbaues (k Zellulose-C), des potentiellen Boden-OC-Abbaues (k Boden-C; aus der Basalatmung) und des Glucose-Abbaues (k Glucose-C; aus der Glucose-aktivierten Atmung) unter Annahme einer Zerfallskinetik 1. Ordnung berechnet. Aus den Zeitkonstanten k lassen sich zudem die "Halbwertszeiten" der genannten Stoffe unter den gegebenen Versuchbedingungen bzw. Standortbedingungen ableiten: T(1/2) = ln2/k.
k-Werte für natürlichen Streu liegen zwischen 0.00058 und 0.00316 1/Tag (in Dunger W und Fidler H J. 1989. Methoden der Bodenbiologie. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart. S. 131, berechnet aus dem Abbau nach 1 Jahr) und für den Abbau von Gras unter Laborbedingungen wird ein k-Wert von 0.006 1/Tag berichtet (aus Paul E. A. and Clark F E. 1989. Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, San Diego. S. 121). Die errechneten k-Werte für Zellulose (Mittel 0.00677 1/Tag) und Boden-C (Mittel 0.00074 1/Tag) liegen im Bereich dieser Literaturwerte. Sie zeigen keine eindeutigen Korrelationen zur Biomasse, zur Atmungsaktivität oder untereinander. k(Gluocose-C) (Mittel 0.15079 1/Tag) hingegen korreliert gut mit dem Biomassegehalt. Deutlich festzustellen ist, dass die Zellulose (Halbwertszeit von 102 Tagen) an allen Standorten wesentlich schneller abgebaut wird als der Boden-C (Halbwertszeit von 937 Tagen), aber wesentlich langsamer als Glucose (Halbwertszeit von 4,6 Tagen).
Berücksichtigt man die weiteren Standortfaktoren, lässt sich der Zelluloseabbau nur mit der P-Testzahl (= P verfügbar) korrelieren (siehe Abbildung 4), dies in Uebereinstimmung mit dem Befund, dass im Laborversuch alle Böden eine P-limitierte Atmungsaktivität aufweisen: je höher die P-Testzahl, desto schneller wurden die Zellulosestücke im Freilandversuch abgebaut, wobei sich diese Proportionalität bei den lockersten Böden (Standorte 2.1, 7.1 und 8.3, sehr intensiver Abbau, bei relativ geringer P-Verfügbarkeit) und bei der Restgruppe der kompakteren Böden unterschiedlich darstellt. Zur Höhenlage, Exposition (Bodentemperatur), zum Boden-pH, zum Tongehalt, zum totalen P-Gehalt und anderen Grössen konnten keine Zusammenhänge festgestellt werden .

ABBILDUNG 4 (nicht dargestellt)

6. Zusammenfassung

Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Böden die in der Einleitung genannten Erwartungen bestätigen, die beobachteten Variationen auf natürlichen Ursachen beruhen. Keiner der untersuchten Böden zeigt eine biologische Charakteristik, die auf irreversible Hemmungen, bzw. Störungen der Bodenmikroorganismen hinweisen, die eine für die Bodenmikroorganismen schädliche P-Ueberdüngung andeuten oder ein fehlendes Zusammenwirken (zB. beim Zelluloseabbau) aufdecken. Die Ergebnisse der Laborversuche und des Feldversuches (Zelluloseabbau) deuten an, dass die Bodenmikroorganismen an den meisten Standorten hauptsächlich durch die P-Verfügbarkeit in ihrer Produktivität limitiert sind. Die Abweichungen (Standorte 2.1, 7.1, 8.3 und 12.3) sind vermutlich durch Bodenverdichtungen und einem Fall durch einen anderen, unbekannten Faktor (Standort 14.2) zu erklären.Störungen oder Gefährdungen der Bodenfruchtbarkeit sind demnach höchstens lokal zu erwarten und stehen nicht im Zusammenhang mit der P-Düngung.

Root, den 14. 12. 1992, Dr.sc.nat.ETH E. Laczkó

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