und Stickstoff-Gehalte des Bodens als limitierende Faktoren für
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SPP 1090 Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalte des Bodens als limitierende Faktoren für Octolasion tyraeum Technische Universität Darmstadt Sven Marhan1& Stefan Scheu Institut für Zoologie / TU Darmstadt ; Schnittspahnstr. 3, / 64287 Darmstadt - Germany e-mail:1 [email protected] Einleitung: 2. Mobilisation organische Substanz Die partikuläre organische Substanz im Boden stellt die entscheidende Nahrungsgrundlage für endogäische Regenwürmer (Bsp. Octolasion tyrtaeum) dar. Bisher ist jedoch wenig bekannt darüber, welchen organischen Pool Regenwürmer zum Aufbau ihrer Biomasse mobilisieren. Ob dies relativ junge unterirdische Pflanzenreste, lebende Organismen wie Bodenbakterien bzw. pilze oder ältere Humusbestandteile sind, ist noch ungeklärt. Weiterhin ist unklar, ab welchem organischen Gehalt des Bodens endogäische Regenwurm-Populationen existieren können. O. tyrtaeum erhöhte die Kohlenstoff-Mineralisationrate und die Mobilisation von Stickstoff (Abb. 4 und 5, Tab. 1). Bei beiden Parametern war der Effekt der Regenwürmer in den Stallmist-Varianten größer als in den Varianten ohne Stallmist. Die Stickstoff-Auswaschung war in den NPK-gedüngten Varianten am höchsten. 0,010 0,009 12 leached Nitrogen [µg N*g N-1*3 months-1] total released carbon [µg CO2-C*g C-1*3 months-1] 14 10 8 6 4 2 Ergebnisse: 1. Regenwurmbiomasse Zunahme der Regenwurmbiomasse bei den Stallmist-Varianten um im Mittel 19%, mit zusätzlicher NPK-Düngung um 42% (Abb. 2). Abnahme der Regenwurmbiomasse bei ausschließlicher Mineraldüngung um 9%, im Kontrollboden um im Mittel 48%. 120 bodymass change of Octolasion tyrtaeum [%] 100 80 60 a 40 a 20 ab b 0 -20 Abb. 2: Änderung der Biomasse von juvenilen Octolasion tyrtaeum in Abhängigkeit von der Bodenvariante; Angabe in Prozent, bezogen auf Ausgangskörpergewicht. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineral-Düngung, ctrl.: ohne Düngung. Varianten mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (Tukey-Test; p<0,05) -40 -60 +FYM +NPK +FYM +NPK ctrl. Generell nahm die Biomasse von größeren Tieren (> 0,17 g FG) ab, während sich die Biomasse bei kleineren Individuen (< 0,17 g FG) in den Varianten mit Stallmist-Düngung überproportional erhöhte (Abb. 3) Bei der nur mit NPK gedüngten Variante konnten dagegen nur sehr kleine Tiere (< 0,07 g FG) geringfügig an Körpergewicht zunehmen. 350 +FYM Oct. +FYM +NPK Oct. +NPK ctrl. 0,005 0,004 0,003 0,002 +FYM Oct. +FYM Oct. +NPK Oct. +NPK +FYM +NPK +FYM +NPK +NPK Oct. ctrl. O. tyrtaeum reduzierte die mikrobielle Biomasse, während Stallmist- und NPK-Düngung die mikrobielle Biomasse erhöhten (Abb. 6, Tab. 1). O.tyrtaeum erhöhte die spezifische Respiration der mikrobiellen Biomasse (Abb. 7, Tab. 1) Stallmist-Düngung erhöhte die Basalrespiration signifikant. 700 -1 7 600 -1 6 500 400 300 200 100 0 +FYM +FYM +FYM +FYM +NPK +NPK +NPK +NPK +Oct. +Oct. +Oct. ctrl. ctrl. +Oct. Abb. 6: Mikrobielle Biomasse bei Versuchsende. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineraldüngung; ctrl.: ohne Düngung; Oct: mit Octolasion tyrtaeum 5 4 3 2 1 0 +FYM +FYM +FYM +FYM +NPK +NPK +NPK +NPK +Oct. +Oct. +Oct. C-Mobilisation (CO2) 170,9*** 4,8*** 76,8*** 12,3*** 17,9*** 0,6 ns 0,1 ns N-Mobilisation (NO32-) 189,3*** 42,3*** 73,1*** 6,09* 32,0*** 0,40 ns 0,24 ns Basalrespiration 36,2*** 1,7 ns 1,7 ns 0,05 ns 0,001 ns 4,3* 0,003 ns Mikrobielle Biomasse 20,9 *** 5,9* 10,7** 0,3 ns 4,7* 0,10 ns 0,23 ns Spezifische Respiration 1,1 ns 2,8 ns 9,3** 2,8 ns 0,01 ns 0,001 ns 0,001 ns Zusammenfassung: 1. Leichter verfügbare organische Substanz, wie Stallmist, führt zu einer Zunahme der Regenwurmbiomasse und der mikrobiellen Biomasse. Leicht verfügbare organische Substanz ist ein wichtiger Faktor für den Aufbau einer stabilen endogäischen Regenwurmpopulation. 2. Regenwürmer reduzieren die mikrobielle Biomasse, erhöhen jedoch gleichzeitig die Aktivität der Mikroorganismen. 3. Regenwürmer und Mikroorganismen konkurrieren um die organische Substanz als Nahrungsquelle. Regenwürmer besitzen vermutlich eine höhere Effizienz beim Aufschluss organischer Bodensubstanz, was zu einer Verknappung der Nahrungsressource für die Bodenmikroorganismen führt. change in biomass [%] +FYM y = 34,064x-0,5584 R 2 = 0,907 +NPK y = 36,014x-0,394 R2 = 0,9065 Zunahme 100 Abnahme ctrl. 50 y = -41,758x + 56,524 R 2 = 0,1535 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 body mass of Octolasion tyrtaeum [g] Abb. 3: Abhängigkeit der Biomassenänderung von juvenilen Octolasion tyrtaeum vom Ausgangskörpergewicht. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineral-Düngung; ctrl.: ohne Düngung ctrl. +Oct. Tab. 1: Dreifaktorielle ANOVA zum Einfluss auf die Effekte der Faktoren; FYM: (mit und ohne Stallmist-Düngung); NPK: (mit und ohne Mineraldüngung) und Oct.: (mit und ohne Octolasion tyrtaeum). F-Werte; *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001 FYM x FYM x NPK x FYM x NPK x FYM NPK Oct. NPK Oct. Oct. Oct. 200 150 ctrl. Abb. 7: Spezifische Respiration der mikrobiellen Biomasse bei Versuchsende. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineraldüngung; ctrl.: ohne Düngung; Oct: mit Octolasion tyrtaeum R 2 = 0,8224 250 Oct. ctrl. 3. Mikrobielle Biomasse +FYM +NPKy = 24,261x-0,7581 300 ctrl. Abb. 5: Summe des in Form von Nitrat mobilisierten Stickstoffs in 3 Monaten pro Gramm Stickstoff. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineraldüngung; ctrl.: ohne Düngung; Oct: mit Octolasion tyrtaeum specific respiration [µg O2*mg Cmic *h ] t -1 org Oct. +FYM +NPK Abb. 4: Summe des in Form von CO2 minerlisierten Kohlenstoffs in 3 Monaten pro Gramm Kohlenstoff. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineraldüngung; ctrl.: ohne Düngung; Oct: mit Octolasion tyrtaeum microbial biomass [µg Cmic *g dw ] Vier Ackerböden mit unterschiedlichem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt (Löß-Schwarzerde, Statischer Düngungsversuch, Bad Lauchstädt) (Abb. 1) 100 g TS des jeweiligen Bodens (4 mm gesiebt) wurde in Mikrokosmen für 3 C org % N total % C -% N -% Monate inkubiert, 2,50 0,25 Bestimmung der Kohlenstoff2,00 0,20 Mineralisation und der StickstoffAuswaschung. 1,50 0,15 Mikrokosmen wurden mit je einem 1,00 0,10 juvenilen Individuum von O. tyrtaeum besetzt (n=10), die Kontrollgefäße (n=3) 0,50 0,05 enthielten nur Boden. 0,00 0,00 Das Wurmgewicht wurde vor und nach + FYM + +FYM + NPK Ctrl. NPK dem Versuch bestimmt Abb. 1: Kohlenstoff und Stickstoff-Gehalte der Bestimmung der mikrobiellen untersuchten Böden. +FYM: Stallmist-Düngung; +NPK: Mineraldüngung; ctrl.: ohne Düngung Basalrespiration und Biomasse 0,006 0,000 +FYM +NPK Untersuchung des Biomassenzuwaches von juvenilen Octolasion tyrtaeum 0,007 0,001 0 Material & Methoden: 0,008 Gefördert im Rahmen des DFGSchwerpunktprogramms SPP 1090 „Böden als Quelle und Senke für CO2“ Octolasion tyrtaeum
