Kein Folientitel - Chair of Soil Science

Justus-LiebigUniversität
Gießen
Interdisziplinäres ForschungsZentrum für biowissenschaftliche
Grundlagen der Umweltsicherung
IFZ - TIERÖKOLOGIE
Teilprojekt: Einfluss der Mikro- und Makrobioturbation durch Bodentiere auf die
Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden
DFG SPP 1090
Ergebnisse
1. Einfluss der Fauna auf die KohlenstoffMineralisation
Fragestellung
Das Management der organischen Bodensubstanz ist zu einer Kernfrage der modernen
Bodenökologie geworden. Ziel des Projekts ist
es, den Einfluss sogenannter soil engineers
(Lumbriciden, Enchytraeiden, Collembolen)
sowie den von Nematoden auf die Stabilisierung
der organischen Substanz in Ackerböden zu
untersuchen und zu klären,
1. wie sich verschiedene Bodentiere auf die
C-Stabilisierung auswirken,
2. auf welche Löslichkeits- und PartikelgrößenFraktionen der organischen Bodensubstanz
die Tiere wirken.
Höhere Tierdichten führten, gemessen an der
erhöhten Bodenatmung, im allgemeinen zu
einem beschleunigten Abbau der organischen
Substanz. Es gab jedoch overgrazing-Effekte bei
der Mesofauna, sowie hemmende Interaktionen
zwischen den Tiergruppen, die den Abbau
einschränkten. Die Tiereffekte waren in Boden
ohne Streuauflage dominanter (R²=0,76) als in
Boden mit Streuauflage (R²=0,40), Tab. 1.
General Regression Model (GRM), forward stepwise, n = 1437.
Die p-Werte wurden für zeitliche Messwiederholungen korrigiert. SS: sum of squares.
n.s.: nicht signifikant (p > 0.05), * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001.
Erklärte Varianz
Boden
Boden mit Streuauflage
Kommentar
Gesamtmodell R²
0.87
0.44
In der Streu reduziert
Tier-Effect R²
0.76
0.40
In der Streu reduziert
Interaktions-Effekt R²
0.03
0.08
In der Streu erhöht
Unabhängige Variable
Parameter
p
SS
Parameter
p
SS
Intercept
-2.94E-01
2.81
-2.26E-01
***
2.24
Untersuchungskonzept
Zeit [d]
8.09E-03
-1
Im Projekt werden drei experimentelle Ansätze
mit zunehmender Naturnähe eingesetzt. Es
werden (a) Labor-Mikrokosmos-, (b) FreilandMesokosmos- und (c) Feld-Experimente durchgeführt. Hier werden Ergebnisse aus der BodenFraktionierung der Mikrokosmos-Experimente
vorgestellt.
Collembola [Ind. 100 g TM]
8.98E-03
Collembola quadratisch
-3.20E-05
***
***
***
***
***
***
-1
Lumbricidae [g LW 100 g TM]
2.37E+00
Lumbricidae quadratisch
-1.26E+00
-1
FreilandMesokosmen
LaborMikrokosmen
Abb. 1: Zunehmende Naturnähe im Untersuchungskonzept
2.60E-08
Nematoda quadratisch
2.44
16.04
***
n.s.
4.15E-01
2.00
17.30
-2.63E-03
-6.82E-08
Enchytraeidae [Ind. 100 g TM]
-1
n.s.
-9.89E-03
Enchytraeidae quadratisch
n.s.
1.14E-04
Collembola x Nematoda
-7.05E-07
Lumbricidae x Collembola
-2.99E-03
Enchytraeidae x Lumbricidae
4.82E-03
Enchytraeidae x Nematoda
-3.59E-07
***
***
***
*
2.72
***
4.86E-07
1.37
***
***
***
***
***
1.03
1.42E-02
0.40
-6.35E-07
***
*
n.s.
n.s.
Lumbricidae x Nematoda
n.s.
n.s.
-1.14E-01
Block (2)
3.55E-02
***
*
2.72
-1.62E-01
6.69E-02
21.97
***
**
Sättigung im Boden
Keine Sättigung in der Streu
5.87
Overgrazing im Boden
Negative Wirkung in der Streu
5.13
Beschleunigung im Boden
3.95
Overgrazing in der Streu
3.61
Kein Haupteffekt im Boden
3.29 Negative Wirkung in der Streu
1.79
n.s.
Enchytraeidae x Collembola
Block (1)
3.43
n.s.
3.56E-04
3.87
***
Kommentar
Steigend im Boden
n.s.
9.29
n.s.
Nematoda [Ind. 100 g TM]
Error
FeldExperiment
Abb. 3: Relative Einwirkung der Tiergruppen
auf den Umbau von OBS-Fraktionen
Tab. 1: Tiereinfluss auf die Bodenatmung
Gegensätzliche Wirkung
Abb. 3 vergleicht die Wirkungs-Intensität
einzelner
Tiergruppen
(Anteilige
VarianzAufklärung mit Vorzeichen). Es zeigten sich
drastische Unterschiede in der Wirksamkeit der
Tiergruppen sowohl in den OBS-Fraktionen als
auch zwischen Boden ohne und mit Streuauflage.
Hemmung im Boden
8.33
Stimulation
0.94
Hemmung
5.60
62.31
2. Einfluss der Bodenfauna auf die
Umsetzung der OBS-Fraktionen
Abbildung 2 zeigt gemittelte C-Bilanzen der
Tiereffekte für Löslichkeits- und PartikelgrößenFraktionen der OBS, im Vergleich zu den
Kontrollen ohne Tierbesatz. Die gröberkörnigen
unlöslichen
Fraktionen
wurden
unter
Tiereinfluss in einem Kaskaden-artigen Prozess
abgebaut und dabei teilweise in feinkörnige und
leichter lösliche Fraktionen überführt. Als
Gesamt-Effekt wurden dadurch Teile des OBSKohlenstoffs in mikrobielle Biomasse umgesetzt,
wobei ein erheblicher Teil veratmet wurde.
Methoden
In einem aufwändigen Laborexperiment mit
96
Mikrokosmen
wurden
Nematoden,
Lumbriciden,
Enchytraeiden
und
Mikroarthropoden in je drei Dichtestufen, sowie in
Kombinationen dieser Dichtestufen in Form
eines
D-optimierten
Designs
in
Boden
eingesetzt. Als Substrat dienten zwei Böden aus
der Versuchsanlage "Ewiger Roggen" in Halle:
Maisboden ungedüngt und Roggenboden
ungedüngt mit Maisstroh-Auflage.
Das Design des Experimentes erlaubt es,
zusätzlich zur jeweiligen Einzelwirkung auch die
Kombinationswirkungen
von
BodenfaunaGruppen auf die organische Bodensubstanz zu
analysieren. Es wurden Bodenfraktionierungen
und mikrobielle Untersuchungen durchgeführt.
Die Auswertung der Daten erfolgte mit GRM
(General Regression Model).
3. Wirkung einzelner Tiergruppen
Regenwürmer reduzierten vor allem die
grobkörnigen unlöslichen OBS-Fraktionen und
Teile der säurelöslichen Fraktionen. Sie
bewirkten einen erheblichen Teil der CO2Erhöhung in der streufreien Variante.
Collembolen trugen zu einer Anhebung der
säurelöslichen Fraktionen und der GesamtAtmung in der streufreien Versuchsvariante bei.
Enchytraeiden übernahmen im Boden mit
Streuauflage teilweise die Funktion der
Collembolen. Sie trugen hier zur Erhöhung der
mikrobiellen Biomasse bei.
Nematoden förderten in der streufreien Variante
die mikrobielle Biomasse.
Schlussfolgerungen
1. Höhere
Bodentierdichten
beschleunigen
generell die Mineralisation. Dieser Effekt wird
allerdings durch overgrazing und durch
gegenseitige Hemmung der Bodentiergruppen beschränkt und ist in verschiedenen
Fraktionen der organischen Bodensubstanz
ganz unterschiedlich ausgeprägt.
2. Die chemisch stabileren Fraktionen werden
vor allem durch Regenwürmer beschleunigt
reduziert, vermutlich auch mechanisch
während der Darmpassage.
3. Die säurelöslichen Fraktionen unterliegen
einem gleichzeitigen Ab- und Aufbau durch
die Aktivität verschiedener Tiergruppen. Dies
beruht vermutlich auf der Wirkung von Fraß
an Detritus einerseits und von organischen
Ausscheidungen andererseits.
Abb. 2: Gemittelte Tiereffekte auf Löslichkeits- und
Partikelgrößen-Fraktionen der OBS
4. Die Fixierung organischer Bodensubstanz in
mikrobieller Biomasse wird im Boden durch
Nematoden und in der Streuauflage durch
Enchytraeiden gefördert.
Silke Vetter, Oliver Fox, Klemens Ekschmitt und Volkmar Wolters
Justus-Liebig-Universität, IFZ-Tierökologie
Heinrich-Buff-Ring 26-32, D-35392 Giessen, Germany
E-mail: [email protected]