Archives of Agronomy and Soil Science

ISSN: 0365-0340 (Print) 1476-3567 (Online) Journal homepage: http://tandfonline.com/loi/gags20

Einfluss der kompostanwendung auf die organische bodensubstanz und mikrobiologische eigenschaften von sandböden in niedersachsen: Influence of compost application on organic matter and microbial properties of sandy soils in lower saxony Mark Overesch , Gabriele Broll , Heinrich Höper & Frank Lorenz To cite this article: Mark Overesch , Gabriele Broll , Heinrich Höper & Frank Lorenz (2004) Einfluss der kompostanwendung auf die organische bodensubstanz und mikrobiologische eigenschaften von sandböden in niedersachsen: Influence of compost application on organic matter and microbial properties of sandy soils in lower saxony, Archives of Agronomy and Soil Science, 50:1, 73-84, DOI: 10.1080/03650340310001627612 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/03650340310001627612

Published online: 06 Aug 2006.

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Archives of Agronomy and Soil Science, February 2004, Vol. 50, pp. 73 – 84

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EINFLUSS DER KOMPOSTANWENDUNG AUF DIE ORGANISCHE BODENSUBSTANZ UND MIKROBIOLOGISCHE EIGENSCHAFTEN VON SANDBO¨DEN IN NIEDERSACHSEN MARK OVERESCHa,*, GABRIELE BROLLa, HEINRICH HO¨PERb und FRANK LORENZc a

Hochschule Vechta , ISPA, Abteilung fu¨r Geo- und Agraro¨kologie, bNiedersa¨chsisches Landesamt fu¨r Bodenforschung, Bodentechnologisches Institut Bremen, cLandwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt (LUFA) Nord-West, Oldenburg, Deutschland (Eingegangen 22 August 2003)

Auf zwei langja¨hrigen Kompostversuchsfla¨chen in Niedersachsen ist der Einfluss der Anwendung von Fertigkompost aus Bioabfall auf die Humusversorgung von ackerbaulich genutzten Sandbo¨den untersucht worden. Als Indikatoren der Humusversorgung wurden der organische Kohlenstoff (Corg) sowie die mikrobielle Biomasse (Cmik, SIR-Methode), die Basalatmung, der metabolische Quotient (qCO2) und der Quotient Cmik/Corg herangezogen. Die Entnahme der Bodenproben erfolgte ein Jahr nach der letzten Kompostgabe. Bei hohen Kompostmengen verblieben ho¨here Anteile der zugefu¨hrten organischen Substanz im Boden als bei niedrigen. Eine deutliche Erho¨hung des Corg-Gehaltes wurde erst bei Gaben von mehr als 20 t TM ha 7 1 Jahr 7 1 Fertigkompost erreicht. Durch die Zufuhr leicht zersetzbarer organischer Substanz aus dem Kompost und die Abnahme der Bodenacidita¨t stieg die mikrobielle Aktivita¨t der Sandbo¨den, gemessen als Basalatmung, an. Die mikrobielle Biomasse zeigt ebenfalls einen positiven Trend, der allerdings weniger stark ausgepra¨gt ist. Der metabolische Quotient ist daher bei Kompostdu¨ngung erho¨ht. Sowohl der Quotient Cmik/Corg als auch die Basalatmung bezogen auf den organischen Kohlenstoff (Basalatmung kg71 Corg) zeigen keine signifikante langfristige Erho¨hung der verfu¨gbaren Anteile der organischen Bodensubstanz an. Stichwo¨rter: Kompost; Organische Bodensubstanz; Mikrobielle Biomasse; Basalatmung

INFLUENCE OF COMPOST APPLICATION ON ORGANIC MATTER AND MICROBIAL PROPERTIES OF SANDY SOILS IN LOWER SAXONY The effect of biowaste compost application on the organic matter status of sandy agricultural fields was studied on two long-term experimental sites in Lower Saxony. The organic carbon, the microbial biomass (SIR), the basal respiration, the metabolic quotient (qCO2) and the Cmik/Corg ratio where chosen as indicators for the organic matter status of the soil. Soil sampling was carried out one year after the last compost application. The proportion of added organic matter remaining in the soils was higher at high application rates than at low ones. Organic carbon content only increased clearly if more than 20 t DM ha 7 1 year 7 1 were applied. The supply of easily decomposable organic matter by compost and the decreased soil acidity *Corresponding author: Hochschule Vechta, ISPA, Abteilung fu¨r Geo- und Agraro¨kologie, Postfach 1553, D-49364 Vechta, Germany. E-mail: [email protected] ISSN 0365-0340 print; ISSN 1476-3567 online # 2004 Taylor & Francis Ltd DOI: 10.1080/03650340310001627612

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M. OVERESCH et al.

enhanced the soil microbial activity measured as basal respiration, while the microbial biomass showed a less intense increase. Therefore, qCO2 was higher if compost was applied. Neither the Cmik/Corg ratio nor the basal respiration related to the organic carbon (basal respiration kg71 Corg) indicated an increasing availability of SOM. Keywords: Compost application; Soil organic matter; Microbial biomass; Basal respiration

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EINLEITUNG Die organische Substanz des Bodens u¨bt einen starken Einfluss auf wichtige Bodenfunktionen aus und ist ein entscheidendes Kriterium fu¨r die Bodenfruchtbarkeit (Ko¨rschens, 1997). Sie erho¨ht die Sorptions- und Wasserhaltekapazita¨t der Bo¨den und vermindert deren Anfa¨lligkeit fu¨r Verdichtung und Erosion. Die europa¨ische Kommission weist in der Mitteilung ‘‘Hin zu einer spezifischen Bodenschutzstrategie’’ darauf hin, dass in großen Gebieten der EU der Ru¨ckgang der organischen Substanz in Bo¨den ein ernsthaftes Problem darstellt (KOM, 2002). Um dieser Entwicklung entgegenzutreten, verlangt §17 des deutschen Bundesbodenschutzgesetzes, dass die landwirtschaftliche Bodennutzung so zu gestalten ist, ‘‘dass der standorttypische Humusgehalt des Bodens, insbesondere durch ausreichende Zufuhr an organischer Substanz oder durch Reduzierung der Bearbeitungsintensita¨t, erhalten wird’’ (BBodSchG, 1998). Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass Kompost prinzipiell geeignet ist, den Gehalt an organischer Substanz von ackerbaulich genutzten Bo¨den zu erho¨hen (u.a. Ko¨gel-Knabner et al., 1998; Timmermann et al., 1999). Gerade auf Sandbo¨den kann zudem durch die Zufuhr organischer Substanz aus Kompost eine Verbesserung der Bodenstrukur erzielt werden (Hartmann, 2002). Neben dem Corg-Gehalt werden oft mikrobielle Bodenkennwerte zur Bewertung der Humusversorgung und der Humusqualita¨t herangezogen. Die mikrobielle Biomasse und der Quotient aus mikrobiell gebundenem zu organischem Kohlenstoff (Cmik/Corg) weisen enge Beziehungen zum Kohlenstoffeintrag auf (Ho¨per und Kleefisch, 2001). Der Quotient Cmik/Corg wird als ein Indikator fu¨r die Verfu¨gbarkeit der organischen Bodensubstanz angesehen (Bauhus et al., 1998). Der metabolische Quotient (qCO2) spiegelt die Effizienz der Substratnutzung wider. Er zeigt erho¨hte Werte bei ungu¨nstigen Lebensbedingungen der Mikroorganismen aber auch bei hoher Substratverfu¨gbarkeit (Dilly et al., 2001). Im Mittelpunkt dieser Untersuchung stand die Auswirkung von Bioabfallkompost auf die Humusversorgung von zwei ackerbaulich genutzten Sandstandorten in Niedersachsen. Die Frage dabei war, inwieweit durch Kompost bei den gegebenen Standortbedingungen der Humusgehalt erho¨ht werden kann. Zudem sollte der Einfluss auf die mikrobiologischen Parameter mikrobielle Biomasse (Cmik) und die Basalatmung sowie den metabolischen Quotienten (qCO2) und den Quotienten Cmik/Corg u¨berpru¨ft werden.

MATERIAL UND METHODEN Die Untersuchung erfolgte an zwei niedersa¨chsischen Kompostversuchsfla¨chen, die von der Landwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalt (LUFA) der Landwirtschaftskammer Weser-Ems eingerichtet und betreut worden sind (Tabelle I). Auf der Versuchsfla¨che Wildeshausen werden Ko¨rnermais und Roggen, auf der Versuchs-

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KOMPOSTANWENDUNG

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fla¨che Listrup Ko¨rnermais, Roggen und Kartoffeln angebaut. Die Kompostausbringung erfolgt ja¨hrlich im Fru¨hjahr. Die Bearbeitungstiefe (Pflu¨gen) betra¨gt ca. 30 cm. Die Versuchsfla¨chen sind in Form eines lateinischen Rechteckes in 100 m2-Parzellen unterteilt. Jede Variante wird in vierfacher Wiederholung, d.h. auf vier Parzellen, durchgefu¨hrt. Aus jedem Kompostversuch wurden 3 Varianten – die Nullvariante (kein Kompost) sowie zwei Kompostvarianten – fu¨r die vorliegenden Untersuchungen ausgewa¨hlt (Tabelle II). Die Bestimmung des kompostbu¨rtigen Kohlenstoffeintrages erfolgte durch Multiplikation der Komposttrockenmasse mit dem Glu¨hverlust (%) und dem Faktor 0,58. Die Menge an Ernteru¨cksta¨nden bei Ko¨rnermais wurde in den Kompostversuchen ermittelt, die Menge an Wurzelru¨cksta¨nden sowie an Ernteru¨cksta¨nden bei Kartoffeln wurde aus den Ertra¨gen mit Hilfe von Faustzahlen (Hydro Agri Du¨lmen, 1993) gescha¨tzt. Der Kohlenstoffeintrag aus Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nden wurde durch Multiplikation mit dem Faktor 0,5 berechnet. Die Beprobung der Fla¨chen erfolgte Anfang Ma¨rz 2003 ein Jahr nach der letzten Kompostausbringung. Auf jeder Parzelle wurden Fla¨chenmischproben mit jeweils 15 Einstichen (0 – 20 cm) entnommen, so dass pro Variante vier Gela¨ndeparallelen vorlagen. Der pH-Wert wurde in einer 0,01 M CaCl2-Lo¨sung im Verha¨ltnis Boden zu Lo¨sung 1:2,5 gemessen. Die gaschromatographische Bestimmung des organischen

TABELLE I Charakterisierung der Versuchsfla¨chen TABLE I Characterization of the experimental sites

Versuchsfla¨che

Bodentyp

Bodenart

Laufzeit

Wildeshausen1 Listrup

Podsol Tiefenumbruchboden aus Gley-Podsol

Su2 Ss

1996 – 2003 1993 – 2003

1

Daten aus Hartmann (2002)

TABELLE II Kompost- und Mineraldu¨ngereinsatz auf den Varianten TABLE II Application of compost and mineral fertilizer on the variants

durchschnittliche ja¨hrliche Kompostmenge

1

Varianten

m3 ha 7 1

t TS ha 7 1

Kompostart

Mineralische Du¨ngung

W0 W1 W2

0 32,1 52,3

0 14,2 19,9

NPK NP1 NP1

L0 L1

0 30

0 13,9

L2

60

27,7

– Fertigkompost aus Bioabfall Fertigkompost aus Bioabfall (bis 1997 Frischkompost) – Fertigkompost aus Bioabfall (bis 1995 Gru¨nkompost) Fertigkompost aus Bioabfall (bis 1995 Gru¨nkompost)

P nur in Unterfußdu¨ngung zu Mais

NPK NPK NPK

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M. OVERESCH et al.

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Kohlenstoffs und des Gesamt-Stickstoffs erfolgte nach Trockenoxidation mit dem Elementaranalysator Euro EA der Firma HEKAtech. Fu¨r die Umrechnung von CorgGehalten in Corg-Vorra¨te wurde eine Lagerungsdichte von 1,5 g/cm3 angenommen. Die mikrobielle Biomasse wurde mit der Methode der Substratinduzierten Respiration (SIR) unter Verwendung des Umrechnungsfaktors 30 mg Cmik ml 7 1 CO2 h 7 1 bestimmt (Anderson und Domsch, 1978; Kaiser et al., 1992). Bei den Messungen der SIR und der Basalatmung kam das Verfahren von Heinemeyer et al. (1989) zur Anwendung. Vor der Messung wurden die Bodenproben auf 2 mm gesiebt, auf 50% der maximalen Wasserhaltekapazita¨t eingestellt und 7 Tage bei 228C vorinkubiert. Unterschiede zwischen den drei Varianten der Kompostversuche wurden durch Varianzanalyse mittels einfaktorieller ANOVA auf Signifikanz gepru¨ft.

ERGEBNISSE UND DISKUSSION Bodenreaktion Die Kompostanwendung fu¨hrte bei beiden Kompostversuchen zu einer signifikanten Vera¨nderung der Bodenreaktion (Wildeshausen p 5 5%, Listrup p 5 1%) (Tabelle III). Wa¨hrend der pH-Wert auf der Versuchsfla¨che Wildeshausen von 4,9 auf 5,2 zunahm, wurde in Listrup bei der ho¨chsten Kompostgabe von 60 m3 ha 7 1 (L2) eine Zunahme von 4,8 auf 6,0 erreicht. Eine basische Wirkung von Bioabfallkompost wurde ebenfalls von Timmermann et al. (1999) sowie Niklasch und Joergensen (2001) nachgewiesen.

TABELLE III Bodenacidita¨t der Varianten TABLE III Soil acidity of the variants

Wildeshausen

Listrup

Variante

W0

W1

W2

L0

L1

L2

pH (CaCl2)

4,9

5,2

5,2

4,8

5,5

6,0

TABELLE IV Mittlerer ja¨hrlicher Kohlenstoffeintrag in die Bo¨den der Varianten TABLE IV Mean annual carbon input into the soils of the variants

Kohlenstoffeintrag in t ha 7 1 a 7 1

Wildeshausen Listrup

Variante

Kompost

Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nde

Summe

W0 W1 W2 L0 L1 L2

0 2,8 4,6 0 2,6 5,1

3,7 3,9 4,2 2,9 3,2 3,3

3,7 6,7 8,8 2,9 5,8 8,4

KOMPOSTANWENDUNG

77

In Tabelle IV sind die mittleren ja¨hrlichen Kohlenstoffeintra¨ge auf den verschiedenen Varianten der Kompostversuche aufgefu¨hrt. Die im Vergleich zu den Nullvarianten erho¨hten C-Eintra¨ge auf den Kompostvarianten beruhen zum einen auf den kompostbu¨rtigen C-Eintra¨gen. Zum anderen sind aufgrund ho¨herer Ertra¨ge auf diesen Fla¨chen auch die C-Eintra¨ge aus Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nden leicht erho¨ht. Die nachhaltige Anreicherung organischer Substanz durch Kompost stellt auf Sandbo¨den ein prima¨res Ziel dar, nicht zuletzt weil die Wasserhaltekapazita¨t auf diesen Standorten im Hinblick auf die Ertra¨ge ha¨ufig verbesserungswu¨rdig ist (Klasink und Steffens, 1996). Auf der Versuchsfla¨che Wildeshausen konnte durch die Kompostanwendung von 1996 bis 2003 der Corg-Gehalt bei ho¨chsten Kompostgaben (W2) signifikant um 15,7% gegenu¨ber der Nullvariante gesteigert werden (p 5 5%, Abbildung 1). Die Variante mit der niedrigeren Kompostgabe (W1) unterscheidet sich zwar im Mittel um 4% von der Nullvariante, die Zunahme ist jedoch nicht signifikant. Die insgesamt sehr hohe Humosita¨t ist hier wahrscheinlich auf die fu¨r Podsole in Nordwestdeutschland nicht ungewo¨hnliche Akkumulation chemisch stabilisierter organischer Substanzen zuru¨ckzufu¨hren (Springob und Kirchmann, 2002). In Listrup ist ebenfalls erst bei den ho¨chsten Kompostgaben eine deutliche Erho¨hung des CorgGehaltes von 1993 bis 2003 zu erkennen. Aufgrund der starken ra¨umlichen Streuung zwischen den Werten fu¨r die verschiedenen Parzellen einer Variante ist sie jedoch nicht signifikant. Der Anstieg liegt hier im Mittel bei 1,6% (L1) bzw. bei 21,1% (L2). Die sehr geringe Erho¨hung des Corg-Gehaltes bei den Varianten mit niedrigeren Kompostgaben (W1, L1) ist vermutlich auf die Tatsache zuru¨ckzufu¨hren, dass der Umsatz des

6,00 5,00 4,00 Corg [%]

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Organische Substanz

3,00 2,00

a

a

b

1,00

a

a

a

L0

L1

L2

0,00 W0

W1 Wildeshausen

W2

Listrup

ABBILDUNG 1 Corg-Gehalt, Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 1 Organic carbon content, mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

78

M. OVERESCH et al.

60 50

C-Eintrag durch Kompostanwendung Zunahme des C-Vorrates bei Kompostanwendung

t C ha

-1

40 30 20 78 %

10

27 %

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33 %

4%

0 W1

W2 Wildeshausen

L1

L2 Listrup

ABBILDUNG 2 Summe des Kohlenstoffeintrages durch Kompostanwendung sowie Zunahme des Kohlenstoffvorrates in der Ackerkrume (Verha¨ltnis zwischen Zunahme des Kohlenstoffvorrates und Kohlenstoffeintra¨gen durch Kompostanwendung als Prozentangabe). FIGURE 2 Sum of carbon input by compost application and increase in carbon storage in soils (ratios of increase in carbon storage to carbon input by compost application in per cent).

kompostbu¨rtigen Kohlenstoffs in sandigen Bo¨den schneller verla¨uft als in bindigeren Bo¨den (Ko¨gel-Knabner et al., 1998; Leifeld et al., 2002). In Abbildung 2 werden die Mengen an Kohlenstoff, die den Kompostvarianten in den Versuchsjahren durch die Kompostanwendung zugefu¨hrt wurden (kompostbu¨rtige organische Substanz sowie erho¨hte Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nde), mit den Zunahmen des Vorrates an organischem Kohlenstoff in der Ackerkrume (0 – 30 cm) verglichen. Es handelt sich jeweils um Differenzen der Werte der Kompostvarianten zu den Werten der Nullvarianten. Dabei muss beru¨cksichtigt werden, dass die A¨nderung des Corg-Vorrates nur bei der Variante W2 des Versuches in Wildeshausen signifikant ist. Es zeigt sich, dass die im Boden verbleibenden Anteile der zugefu¨hrten organischen Substanz jeweils mit steigender Kompostmenge zunehmen bzw. die mineralisierten Anteile mit steigender Kompostmenge abnehmen. A¨hnliche Ergebnisse zeigen Inkubationsversuche von Hadas et al. (1996) sowie von Niklasch und Joergensen (2001). Bei relativ geringen Kompostmengen sind die mineralisierten Anteile besonders hoch, da in den vorliegenden Sandbo¨den die organische Substanz nur in geringem Ausmaß durch Aggregierung physikalisch stabilisiert wird (Hassink und Whitmore, 1997). Zudem ist nach Leifeld et al. (2002) eine Verbesserung der Mineralisierungsbedingungen durch Kompostanwendung in Bebracht zu ziehen. So ko¨nnten die erho¨hten pH-Werte einen versta¨rkten Abbau organischer Substanz hervorrufen, wovon auch die Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nde sowie die organische Bodensubstanz selbst betroffen sind. Mit zunehmenden Kompostmengen sinkt jedoch das Potential der Sandbo¨den, die zugefu¨hrte organische Substanz zu mineralisieren. Niklasch und Joergensen (2001) fu¨hren dies auf die abnehmende Kontaktfla¨che zwischen Bodenkolloiden und dem organischen Material bei steigenden Kompostmengen zuru¨ck. Zudem ist eine Begrenzung der Mineralisierung durch Wassermangel auf den Sandstandorten in

KOMPOSTANWENDUNG

79

Betracht zu ziehen. Begrenzte Na¨hrstoffgehalte des Bodens aufgrund der Du¨ngung kommen dagegen als Ursache nicht in Frage (Hartmann, 2002; LUFA, 2003).

Die Basalatmung, ausgedru¨ckt als CO2-C-Freisetzung pro Stunde und Kilogramm Boden (TM), nimmt bei beiden Versuchsstandorten mit der Steigerung der Kompostmenge zu (Abbildung 3). Wie bei den Corg-Gehalten unterscheiden sich jedoch auch hier nur die Varianten mit den ho¨chsten Kompostgaben (W2, L2) signifikant von den Nullvarianten. Die Zunahme betra¨gt bei den niedrigeren Kompostmengen 15,7% (W1) bzw. 7,1% (L1) und bei den ho¨heren Mengen 36,1% (W2) bzw. 28,6% (L2) und fa¨llt damit ho¨her aus als beim Corg-Gehalt. Nach Timmermann et al. (1999) ist diese Steigerung der mikrobiellen Aktivita¨t durch Kompostanwendung positiv zu bewerten, da sie zeigt, dass die zugefu¨hrte organische Substanz nicht zu einer biologischen Hemmung fu¨hrt. Dem Boden werden durch Fertigkompost aus Bioabfall offenbar hohe Mengen an fu¨r Mikroorganismen verwertbarer organischer Substanz zugefu¨hrt. Allerdings scheint bei niedrigen Kompostgaben vor allem in Listrup dieses Substrat ein Jahr nach der Kompostdu¨ngung mineralisiert zu sein, so dass die Atmung nur noch schwach erho¨ht ist. Neben der Substratzufuhr ist vor allem auch die kompostbedingte pH-Erho¨hung fu¨r eine gesteigerte mikrobielle Aktivita¨t verantwortlich zu machen. Die Basalatmung bezogen auf den organischen Kohlenstoff ist bei Kompostdu¨ngung tendenziell leicht erho¨ht (Abbildung 4). Die Unterschiede zu den Nullvarianten sind jedoch aufgrund der Streuung nicht signifikant und zeigen daher allenfalls eine schwache Zunahme des mineralisierbaren Anteils der organischen Bodensubstanz durch Kompost

-1

0,50

0,40

0,30

-1

mg CO2-C kg Boden h

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Mikrobielle Parameter

0,20

a

a,b

b

0,10

a

a

b

L0

L1

L2

0,00 W0

W1 Wildeshausen

W2

Listrup

ABBILDUNG 3 Basalatmung bezogen auf 1 kg Boden (TM), Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 3 Basal respiration related to 1 kg of soil (dry mass), mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

80

M. OVERESCH et al.

12,0

-1

mg CO2-C kg Corg h

-1

16,0

8,0

4,0

a

a

a

W0

W1

W2

a

a

a

L0

L1

L2

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0,0

Wildeshausen

Listrup

ABBILDUNG 4 Basalatmung bezogen auf 1 kg Corg, Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 4 Basal respiration related to 1 kg of organic carbon, mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

an. Hierzu ko¨nnen auch ho¨here Mengen un Ernte- und Wurzelru¨cksta¨nden auf den mit Kompost gedu¨ngten Fla¨chen fu¨hren (Tabelle IV). Sehr hohe Kompostgaben erbringen jedoch keine weitere Steigerung der mikrobiellen Aktivita¨t bezogen auf den Corg-Gehalt. Dies liegt, wie bereits erwa¨hnt, daran, dass die Kapazita¨t des Standortes, die zugefu¨hrte organische Substanz abzubauen, bei sehr hohen Kompostmengen u¨berschritten ist. Untersuchungen von Ko¨gel-Knabner et al. (1998) deuten darauf hin, dass die Basalatmung bei Einstellung der Kompostdu¨ngung relativ schnell wieder sinkt, da langfristig nur stabile Anteile der organischen Substanz im Boden verbleiben. Die mikrobielle Biomasse reagiert bei Kompostanwendung nur schwach auf die gesteigerte Zufuhr an organischer Substanz (Abbildung 5). Allein am Standort Wildeshausen ist bei sehr hohen Kompostgaben eine Erho¨hung der mikrobiellen Biomasse zu erkennen (W2). Vor dem Hintergrund der ra¨umlichen Streuung zwischen den Versuchsparzellen konnte jedoch selbst hier kein signifikanter Unterschied zu der Nullvariante (W0) nachgewiesen werden. Die mikrobielle Biomasse nahm maximal um 30 mg Cmik kg 7 1 Boden bei der Variante W2 zu. Hier liegt die Kohlenstoffzufuhr u¨ber 7 Jahre hinweg im Mittel ja¨hrlich um 5,1 t u¨ber der Nullvariante. Die mikrobielle Biomasse hat damit pro Jahr und Tonne zusa¨tzlicher Kohlenstoffzufuhr um weniger als 1 mg C pro kg Boden zugenommen. Untersuchungen von Ho¨per und Kleefisch (2001) u¨ber den Zusammenhang zwischen der Vera¨nderung der Cmik-Gehalte und der Kohlenstoffzufuhr, abgeleitet aus Erhebungsuntersuchungen an niedersa¨chsischen Boden-Dauerbeobachtungsfla¨chen mit unterschiedlicher Bodenart, ha¨tten eine deutlich ho¨here Zunahme der Werte erwarten lassen. Inkubationsversuche von Ko¨gel-Knabner et al. (1998) bzw. Leifeld et al. (2002) zeigen, dass die leicht verfu¨gbaren Anteile der organischen Substanz im Fertigkompost zuna¨chst zu einer Erho¨hung der mikrobiellen

KOMPOSTANWENDUNG

81

250

150

-1

mg C mik kg Boden

200

100

a

a

a

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50

a

a

a

L0

L1

L2

0 W0

W1 Wildeshausen

W2

Listrup

ABBILDUNG 5 Mikrobielle Biomasse, Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 5 Microbial biomass, mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

Biomasse im Boden fu¨hren, diese jedoch in den ersten 100 Tagen nach Kompostanwendung besonders in Sandbo¨den stark wieder abnimmt. Neben der Zufuhr organischer Substanz ha¨tte auch die basische Wirkung des Kompostes eine CmikZunahme erwarten lassen ko¨nnen. Die Basalatmung nimmt bei Kompostanwendung sta¨rker zu als die mikrobielle Biomasse. Als Folge ist der metabolische Quotient (qCO2) in Wildeshausen bei den mit Kompost gedu¨ngten Varianten (W1, W2) signifikant gegenu¨ber der Nullvariante (W0) erho¨ht. In Listrup ist der qCO2 allein bei der ho¨chsten Kompostzufuhr (L2) signifikant angestiegen. Zwar bewirkt die Kompost-Zufuhr einen Anstieg der Basalatmung, die mikrobielle Biomasse reagiert aber nicht mit einem deutlichen Wachstum darauf. Mohr et al. (2002) schlossen aus a¨hnlichen Ergebnissen von Untersuchungen an Waldbo¨den, dass ein erho¨hter metabolischer Quotient als Indikator fu¨r ein hohes Angebot an leicht verfu¨gbarem Substrat anzusehen ist. Nicht nur unter Belastung sondern auch bei hoher C-Verfu¨gbarkeit kann es zu einer ineffizienten Substratnutzung durch die Mikroorganismen und damit zu einem erho¨hten qCO2 kommen (Dilly et al., 2001). Zudem ist diese Beobachtung ein Indiz dafu¨r, dass sich der Standort und die Mikroorganismengemeinschaft trotz der relativ langen Dauer der Kompostanwendung (7 bzw. 10 Jahre) noch nicht wieder im Gleichgewicht befinden (Anderson und Domsch, 1993; Leifeld et al., 2002). Der Quotient Cmik/Corg zeigt keine deutliche Reaktion auf die Kompostanwendung (Abbildung 7) und indiziert demnach keine la¨ngerfristig erho¨hten verfu¨gbaren Anteile der organischen Bodensubstanz. Die Werte der drei Varianten in Wildeshausen sind anna¨hernd gleich. In Listrup la¨sst sich im Mittel bei der

82

M. OVERESCH et al.

2,5

1,5

-1

mg CO2-C g Cmik h

-1

2,0

1,0

a

b

b

a

a

b

W0

W1

W2

L0

L1

L2

0,0 Wildeshausen

Listrup

ABBILDUNG 6 Metabolischer Quotient (qCO2), Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 6 Metabolic quotient (qCO2), mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

0,8

0,6 Cmik / Corg [%]

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0,5

0,4

a 0,2

a

a

a

W1

W2

a

a

L1

L2

0,0 W0

Wildeshausen

L0

Listrup

ABBILDUNG 7 Quotient Cmik/Corg, Mittelwerte und Standardabweichungen von vier Parzellen pro Variante (verschiedene Buchstaben = signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, gleiche Buchstaben = keine signifikanten Unterschiede; p 5 5%). FIGURE 7 Cmik/Corg ratio, mean values and standard deviation of four plots per variant (different letters = significant differences between variants, same letters = no significant differences; p 5 5%).

KOMPOSTANWENDUNG

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Variante mit hohen Kompostgaben (L2) tendenziell ein Absinken des Cmik/CorgVerha¨ltnisses im Vergleich zur Nullvariante erkennen. Dies ist jedoch nicht signifikant und sollte daru¨ber hinaus nicht als Indiz fu¨r eine Abnahme verfu¨gbarer Anteile der organischen Bodensubstanz durch Kompostdu¨ngung gesehen werden. Vielmehr zeigt sich hierin erneut, dass auf diesen Standorten bei hohen Kompostgaben die mikrobielle Biomasse das Substrat nicht mehr ada¨quat nutzen kann, so dass es zu einer Akkumulation der organischen Substanz bei eingeschra¨nkter Zunahme der mikrobiellen Biomasse kommt (Abbildung 2). Die geringen Werte fu¨r den Quotienten Cmik/Corg sind fu¨r nordwestdeutsche Podsolstandorte nicht ungewo¨hnlich (Ho¨per und Kleefisch, 2001). Hohe Anteile der organischen Bodensubstanz sind hier chemisch stabilisiert und stehen fu¨r Mikroorganismen nicht als Substrat zur Verfu¨gung (Springob und Kirchmann, 2002).

SCHLUSSFOLGERUNGEN Die Ergebnisse der beiden langfristigen Kompostversuche zeigen, dass die Gehalte der Sandbo¨den an organischer Substanz durch die Anwendung von Fertigkompost aus Bioabfall erho¨ht werden ko¨nnen. Deutlich wird die Zunahme des Corg-Gehaltes jedoch erst bei sehr hohen Kompostgaben von u¨ber 20 t TM pro ha und Jahr. Durch die Zufuhr leicht zersetzbarer organischer Substanz aus dem Bioabfallkompost und die Abnahme der Bodenacidita¨t stieg die mikrobielle Aktivita¨t (Basalatmung) der Sandbo¨den an. Bei sehr hohen Kompostmengen scheint die Steigerung der mikrobiellen Aktivita¨t zu Gunsten der Akkumulation organischer Substanz zuru¨ckzugehen. Der im Boden verbleibende Anteil der kompostbu¨rtigen organischen Substanz nimmt daher mit steigenden Kompostmengen zu. Es ist anzunehmen, dass bei der Anwendung der nach BioAbfV (2002) zula¨ssigen Ho¨chstmenge von 10 t TM Bioabfallkompost pro ha und Jahr auf den untersuchten Sandstandorten mittelfristig kaum eine Erho¨hung des Corg-Gehaltes zu erreichen ist. Die mikrobielle Aktivita¨t, gemessen als Basalatmung, ist vor allem bei hohen Kompostmengen auch ein Jahr nach der letzten Kompostdu¨ngung noch erho¨ht. Die mikrobielle Biomasse (SIR) zeigt dagegen eine unerwartet geringe Reaktion, so dass die Kompostanwendung zu einem erho¨hten metabolischen Quotienten fu¨hrt. Insgesamt ist die Entwicklung der Basalatmung und der mikrobiellen Biomasse jedoch mit der Entwicklung des organischen Kohlenstoffs vergleichbar, so dass weder das Cmik/Corg Verha¨ltnis noch die Basalatmung bezogen auf den organischen Kohlenstoff (Basalatmung kg71 Corg) signikant erho¨ht sind. Diese beiden Parameter deuten also darauf hin, dasse die leicht verfu¨gbaren Anteile der organischen Substanz in den Bo¨den der Kompostvarianten ein Jahr nach der letzten Kompostanwendung a¨hnlich hoch sind wie in den Bo¨den der Nullvarianten. Die organische Substanz und die mikrobiellen Kennwerte der untersuchten Sandbo¨den lassen zum Teil erst bei sehr hohen Kompostgaben eine Beeinflussung erkennen. Untersuchungen von Hartmann (2002) zur Aggregatstabilita¨t, zur Erosionsanfa¨lligkeit und besonders zur nutzbaren Feldkapazita¨t haben dagegen gezeigt, dass sich Kompostanwendung schon bei relativ geringen Mengen deutlich positiv auf die Bodenstruktur auswirkt.

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M. OVERESCH et al.

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