Änderungen in der organischen Bodensubstanz entlang eines
Werbung
Änderungen in der organischen Bodensubstanz entlang eines Höhengradienten in den Ötztaler Alpen Foldal, C.B., Djukic, I., Lair, G.J., Hell, V., Niedrist, G. & Tappeiner, U. Institut für Bodenforschung, Universität für Bodenkultur, Wien Institut für Ökologie, Universität Innsbruck, Innsbruck Europäische Akademie, Bozen ÖBG Tagung 27 – 28 Juni 2012, Innsbruck Hintergrund • Boden als CO2-Senke • Alpine Ökosysteme • Klimaänderung -> Boden als CO2-Quelle? 2 Grafik: Kromp-Kolb, 2005 Projekt: „Klimawandel in Südtirol“ Auswirkung der Klimaveränderung auf: • Vegetation • Wasserhaushalt • Wasserreserven • Bodeneigenschaften • Landnutzung Matschertal 3 Graphik: EURAC Bozen Fragestellungen dieser Arbeit • Wie stark unterscheiden sich die Böden unter der bestehenden (traditionellen) Grünlandbewirtschaftung entlang des Klimagradienten hinsichtlich der Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz? • Welche Parameter beeinflussen die mikrobielle Zusammensetzung und Aktivität entlang des Klimagradienten? 4 Klimagradient im Matschertal m.ü.A. KW 2043 MAT: 2,73 C 1919 MAP: 772 mm 1480 986 B3 MAT: 5,52 C MAP: 686 mm + 200 mm Bewässerung B2 MAT: 8,37 C MAP: 627 mm + 320 mm Bewässerung Klimagradient, Matschertal,. Klimadaten 2009/2010 (vgl. Demez, 2011) B1 5 m.ü.A. KW 2043 MAT: 2,73 C 1919 MAP: 772 mm 1480 986 B3 MAT: 5,52 C MAP: 686 mm + 200 mm Bewässerung B2 MAT: 8,37 C MAP: 627 mm + 320 mm Bewässerung B1 B1 Klimagradient, Matschertal,. Klimadaten 2009/2010 (vgl. Demez, 2011) 986 m 6ü.A. B2 1480 m ü.A. 7 B3 8 1919 m ü.A. KW 9 2043 m ü.A. Klimagradient im Matschertal m.ü.A. Bodentyp: Braunerde Ausgangsgestein: Biotit-Glimmerschiefer Bodenart: lS, sL KW 2043 MAT: 2,73 C 1919 MAP: 772 mm 1480 986 B3 MAT: 5,52 C MAP: 686 mm + 200 mm Bewässerung Nährstoffversorgung im Oberboden hoch bis ausreichend, im Unterboden v.a. K limitierend B2 MAT: 8,37 C MAP: 627 mm + 320 mm Bewässerung Klimagradient, Matschertal,. Klimadaten 2009/2010 (vgl. Demez, 2011) B1 10 Änderung der Bodenparameter im Bodenprofil Entlang der Klimagradienten: • pH-Wert sinkt von 5.2 auf 3.9 (5 – 10cm) • % Corg steigt von 4.0 auf 9.6 % (5 – 10cm) Standort KW (2050 m ü.A.): pH (CaCl2) 3.8 0 3.9 4.0 4.1 C:N ratio OC (%) 4.2 4.3 0 2 4 6 8 10 12 14 10 12 14 16 18 20 22 Depth (cm) 10 20 30 40 11 24 Organische Kohlenstoffgehalte (0-15cm) 9 1200 B2 B3 8 1000 7 800 6 5 600 4 400 MAT °C MAW mm 3 2 Mean annual watersupply (MAW) mm Mean annual air temperature (MAT) °C B1 200 5 6 7 8 9 10 11 12 13 SOC kg m-2 + 0.48 kg pro 100 Höhenmeter 12 Eigenschaft der organischen Bodensubstanz entlang des Klimagradienten • STA Messung (Bodentiefe 5 – 10 cm) 120 B3 100 SOM (g kg-1) B2 80 60 B1 EXO1 (190 - 380 °C) labile Pool EXO2 (380 - 475 °C) stabile Pool EXO3 (475 - 600 °C) stabilere Pool 40 20 0 2 3 4 5 6 7 8 9 Mean annual Temperature (°C) 13 Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz entlang des Klimagradienten • FTIR Messung an Huminsäuren (1 M NaOH; 5 – 10 cm Bodentiefe) A cm-1 (mg OC )-1 0.4 Aliphaten b 2850 cm-1 0.4 0.3 0.1 a 0.0 B1 B2 B3 KW 12.0 3050 cm-1 0.3 ab 0.2 Carboxylgruppen 1700 cm-1 a 9.0 bc a a a Aromaten 0.4 1500 cm-1 0.3 0.2 N-Verbindungen a c 0.2 a 0.1 0.1 0.0 0.0 B1 B2 B3 KW a 6.0 a a a a 3.0 0.0 B1 B2 B3 KW B1 B2 B3 KW 14 Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz im Bodenprofil • FTIR Messung an Huminsäuren (1 M NaOH; Standort KW (2050 m. ü. A) ) Aliphaten 0-5 cm 5-10 cm 10-15 cm 15-25 cm 25-40 cm 0.0 N-Verbindungen b b b bc 2850 cm 0.2 0.4 -1 0.0 1500 cm 0.2 a a a a a a b b b Carboxylgruppen a a a c Aromaten a -1 0.0 0.4 A cm -1 a (mg OC) 0.2 3050 cm 0.4 a -1 1700 cm 0 5 10 15 -1 15 -1 20 Einfluss der Bodeneigenschaften auf die organischer Bodensubstanz 6 K Discriminant function 2 (12.2%) 4 B1 2 0 KW Soil depth (cm) -2 0-5 5 - 10 10 - 15 15 - 25 25 - 40 -4 K B3 B2 -6 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Discirminant function 1 (83.9%) pH C:N pH C:N 16 Änderung der Mikrobielle Biomasse entlang des Klimagradienten • PLFA Messung (5 – 10 cm Bodentiefe) 6 5-10 cm 5 Microbial biomass -1 [µmol (g OC) ] b 4 b b 3 a 2 1 0 B1 B2 B3 Sites KW 17 Änderung der Mikrobielle Aktivität entlang des Klimagradienten • DMSO Reduktion zu DMS (5 – 10 cm) 120 100 5-10 cm pH 5,8 5,0 4,0 3,9 -1 DMS [µg (g OC) h ] d c -1 80 60 b 40 a 20 0 B1 B2 B3 Sites KW 18 Änderung der Mikrobiellen Biomasse im Bodenprofil • PLFA Messung (Standort KW ( 2050 m ü.A.)) c Depth [cm] 0-5 5-10 b 10-15 b 15-25 a 25-40 a KW (2050 m asl) 0 2 4 6 Microbial biomass [µmol (g OC)-1] 8 19 Änderung der Mikrobielle Aktivität im Bodenprofil • DMSO Reduktion zu DMS (Standort KW ( 2050 m ü.A.)) KW (2050 m asl) 0-5 ab Depth [cm] 5-10 a 10-15 bc 15-25 bc c 25-40 0 20 40 60 DMS [µg (g OC)-1 h-1] 80 100 20 Änderung in der mikrobiellen Zusammensetzung pH, cal K PC 2 factor score (17.2 % of variance) 3 pH, cal K B1 0-5 B1 5-10 B1 10-15 B1 15-25 B1 25-40 B2 0-5 B2 5-10 B2 10-15 B2 15-25 B2 25-40 B3 0-5 B3 5-10 B3 10-15 B3 15-25 B3 25-40 KW 0-5 KW 5-10 KW 10-15 KW 15-25 KW 25-40 2 1 0 0 – 5 cm -1 15-40 cm 5 – 15 cm -2 -2 -1 0 1 2 3 PC1 factor score (33 % of varaince) OC, Ntot, cal K, cal P OC, Ntot, cal K, cal P Zusammenfassung • Organischer Kohlenstoff akkumulierte mit ca. 0.5 kg/m² je 100 Höhenmeter unter Grünland im Matschertal. • Die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz spiegelt die Abbauverhältnisse (i.e klimatische Bedingungen, Boden-pH & C/N) und die Bewirtschaftungsform wider. • Leicht abbaubare Bodensubstanz überwiegen in den Bodenprofilen und zeigen am stärksten eine Zunahme entlang des Höhengradienten. • Mikroorganismen sind durch pH und Nährstoffe geprägt. Sie unterscheiden sich eher zwischen den verschiedenen Bodenprofiltiefen als zwischen den Standorten. 22 Ausblick: Bodentranslokation 23 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 24
