Extrahierbarer organischer Stickstoff im Boden: Aufklärung seiner Funktionen und Einbindung in eine Computersimulation des Umsatzes der organischen Substanz im Boden
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Egelsbach [u.a.]
Hänsel-Hohenhausen
1999
|
| Schriftenreihe: | Deutsche Hochschulschriften
1161 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Gießen, Univ., Habil.-Schr., 1998 |
| Beschreibung: | XIII, 261 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3826711610 |
Internformat
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|---|---|
| adam_text | Titel: Extrahierbarer organischer Stickstoff im Boden
Autor: Appel, Thomas
Jahr: 1999
Die Funktion extrahierbarer organischer N-Fraktionen (Norg)
im Boden und ihre Einbindung in
eine Computersimulation des Stickstoffumsatzes
Übersicht:
1 EINLEITUNG____________________________________________________________1
2 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE_________________________________11
3 UNTERSUCHUNGEN ZU DEN EIGENSCHAFTEN UND DEN FUNKTIONEN DER
EUF UND DER CACL2 EXTRAHIERBAREN NORG-FRAKTIONEN IM BODEN___15
3.1 Effekte der Bodentrocknung..............................................................................................15
3.2 Adsorbtioo von extrahierbarem Norg an Tonminerale......................................................88
3.3 Extrahierbarer Norg nach Einmischen in vitro kultivierter mikrobieller Biomasse..........97
3.4 Extrahierbarer Norg nach Einmischen von Gründüngung..............................................106
3.5 Extrahierbarer Norg im Boden unter dem Einfluß pflanzlicher Rhizodeposition...........114
3.6 Hydrorysierbare N-Formen in EUF-Extrakten................................................................129
4 DIE SIMULATION DES N-UMSATZES IM BODEN UNTER EINBEZIEHUNG
EXTRAfflERBARER NORG-FRAKTIONEN_________________________________153
4.1 Modellauswahl ................................................................................................................153
4.2 Beschreibung des Simulationsmodells NCSOIL.............................................................154
43 Bestimmung der Pool(II)-Anfangswerte durch Parameteroptimierung ..........................162
4.4 Organische Pools in Böden und ihre Beziehung zu extrahierbaren N-Fraktionen..........175
4.5 Bestimmung von Pool(II N mit Hilfe extrahierbarer Norg-Fraktionen.........................181
4.6 Prognose der N Netto-Mineralisation mit NCSOIL........................................................189
4.7 Simulation des N-Umsatzes im Boden nach Einmischen von Zellulose.........................201
4.8 Simulation der N Netto-Mineralisation in wiederbefeuchteten Böden............................206
4.9 Quantifizierung der Quellen trocknungsbedingter N-Mineralisation mit NCSOIL........214
5 KAPITELÜBERGREIFENDE DISKUSSION UND ABSCHLIEßENDE
BEMERKUNGEN_________________________________________________________219
5.1 Extrahierbarer Norg im Boden und Pool(U N in NCSOIL............................................219
5 2 Prognose der N Netto-Mineralisation..............................................................................228
« ZUSAMMENFASSUNG___________________________________________________235
7 LITERATURVERZEICHNIS______________________________________________241
8 DANKSAGUNG__________________________________________________ 263
-H-
Gliederung
1 EINLEITUNG....................................................................................................................1
2 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE...............................................................11
3 UNTERSUCHUNGEN ZU DEN EIGENSCHAFTEN UND DEN FUNKTIONEN DER
EUF UND DER CACL2 EXTRAHIERBAREN NORG-FRAKTIONEN IM BODEN ...IS
3.1 Effekte der Bodentrocknung........................................................................................15
3.1.1 Vorbemerkungen......................................................................................................15
3.1.2 Trocknung als Voraussetzung zur Differenzierung von Standorten...........................17
3.1.2.1 Material und Methoden......................................................................................17
3.1.2.2 Ergebnisse und Fazit..........................................................................................19
3.1.3 CaCl2 extrahierbare N-Fraktionen im Boden im Verlauf der Trocknung bei 40°C im
Trockenschrank................................................................................................................22
3.1.3.1 Material und Methoden......................................................................................22
3.1.3.2 Ergebnisse und Diskussion.................................................................................23
3.1.4 CaCl2 extrahierbarer organischer Nnach Trockenperioden im Freiland.................27
3.1.4.1 Material und Methoden......................................................................................27
3.1.4.2 Ergebnisse und Diskussion.................................................................................29
3.1.5 Extrahierbarer Norg und N-Mineralisation in ungetrockneten und getrocknet-
wiederbefeuchteten Böden.................................................................................................33
3.1.5.1 Material und Methoden......................................................................................33
3.1.5.2 Ergebnisse und Diskussion.................................................................................39
3.1.5.2.1 N-Fraktionen im Verlauf der Inkubation......................................................39
3.1.5^.2 Kinetik der trocknungsbedingten N-MmeraBsation......................................42
3.1.5.2.3 Korrelationen zwischen Norg-Fraktionen und mineralisierbarem N..............48
3.1.5.2.4 Extrahierbare Norg-Fraktionen zu Beginn der Inkubationen........................52
3.1.5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Laborinkubationen I und n......................54
3.1.6 Extrahierbarke it von neu immobilisiertem N und dessen Mineralisation unter dem
Einfluß wiederholter Zyklen von Trocknung und Wiederbefeuchtung................................55
3.1.6.1 Material und Methoden......................................................................................55
3.1.6.2 Ergebnisse und Diskussion.................................................................................61
3.1.6.Z1 Nmm-Gehalte im Boden der Varianten ohne Trocknung und
Wiederbefeuchtuug....................................................................................................61
3.1.6.2.2 Extrahierbarkeit von neu immobilisiertem N................................................65
3.1.6.2.3 Nmin-Gehaite im Boden der Varianten mit Trocknung und
Wiederbefcuchtung....................................................................................................66
3.1.6.2.4 Re-Mineralisation von markiertem N...........................................................75
3.1.6.2.5 Chloroform-Furnigation-Extraktion.............................................................82
3.1.6.3 ?i«amn»»nfiwffaing der Resultate der Laborinkubation Tu...................................87
-III-
3.2 Adsorption von extrahierbarem Norg an Tonminerale...............................................88
3.2.1 Material und Methoden............................................................................................90
3.2.2 Ergebnisse und Diskussion.......................................................................................92
33 Extrahierbarer Norg nach Einmischen in vitro kultivierter mikrobieUer Biomasse ..97
3.3.1 Material und Methoden............................................................................................95
3.3.2 Ergebnisse und Diskussion.....................................................................................101
3.4 Extrahierbarer Norg nach Einmischen von GrSndangung......................................106
3.5 Extrahierbarer Norg im Boden unter dem Einfluß pflanzlicher Rhizodeposition... 114
3.5.1 Material und Methoden..........................................................................................115
3.5.2 Ergebnisse und Diskussion.....................................................................................120
3.5.2.1 N in Pflanzen und Nmin im Boden...................................................................120
3.5.2.2 JExtra-Inmohilisation von Stickstoff durch Pflanzenbewuchs.........................122
3.5.2.3 CaCl2 extrahierbarer Norg...............................................................................125
3.5.2.4 Chtoroform-Fumigation-Extraktionanethode...................................................126
3.5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse des Klimakammerversuchs................................128
3.6 Hydrorysierbare N-Fonnen in EUF-Extrakten..........................................................129
3.6.1 Material und Methoden..........................................................................................131
3.6.2 Ergebnisse und Diskussion.....................................................................................137
3.6.2.1 Mit und ohne Gründüngung.............................................................................137
3.6.2.2 Mit und ohne Einmischen in vitro kuhivierter Bakterien...................................142
3.6.2.3 Mmerakttngung mit und ohne Zugabe von Zellulose........................................145
3.6.3 Zusammenfassung der Untersuchung von N-Formen in EUF-Hydrolysaten...........151
4 DIE SIMULATION DES N-UMSATZES IM BODEN UNTER EINBEZIEHUNG
EXTRAHIERBARER NORG-FRAKTIONEN_________________________________153
4.1 Modellaaswahl_________________________________________________________153
4.2 Beschreibung des Simnlationsmodelb NCSOIL---------------------------------------------154
4.2.1 Modellumfang........................................................................................................154
4.2.2 Reduktion der Umsatzraten in Abhängigkeit von Wassergehalt und Temperatur.... 154
4.2.3 Kompartimente (Pools) der organischen Substanz..................................................155
4.2.3.1 Resduahnasse.................................................................................................156
4.2.3.2 Mikrobielfe Biomasse......................................................................................156
4.2.3.3 Gering stabilisierte tote organischen Substanz des Bodens [Pooi(n)]...............157
4.2.3.4 Stark stabilisierte tote organische Substanz des Bodens [Pool(ni)]..................158
4.2.4 Der Umsatz der organischen Substanz...................................................................158
4.2.4.1 Kohlenstoff......................................................................................................158
4.2.4.2 Stickstoff.........................................................................................................159
4.2.5 Modelloptionen und Einstellungen kinetischer Parameter......................................160
-IV-
43 Bestimmung der PooKII)-Anfangswerte durch Parameteroptimierung---------------162
4.3.1 Randbedingungen für die Parameteroptimierung...................................................162
4.3.2 Modelleigenschaften für die Parameteroptimierung...............................................163
4.3.3 Durchführung der Parameteroptimierung..............................................................165
4.3.4 Beispiel einer Simulation mit optimierten Pool(II)-Anfangswerten.........................166
4.3.5 Einfluß von NCSOIL-Parametern auf das Ergebnis der Parameteroptimierung.....167
4.3.5.1 Umsatz-Reduktions ktor (RED1)...................................................................168
4.3.5.2 An ngsgebah der mikrobieUen Biomasse im Boden.........................................169
4.3.5.3 Zu- und Abnahme mikrobielkr Biomasse im Verlauf der Inkubation................171
4.3.5.4 Faktor für die Stabilisierung organischer Substanz...........................................173
4.3.6 Zusammenfassung der Ergebnisse zur Parameteroptimierung................................174
4.4 Organische Pools in Böden und ihre Beziehung zu eitrahierbaren N-Fraktionen ..175
4.4.1 Organische Pools in Böden....................................................................................175
4.4.2 Bivariate Korrelationen.........................................................................................176
4.4.3 Partielle Korrelationen..........................................................................................177
4.4.4 Zusammenfassung..................................................................................................ISO
4.5 Bestimmung von Pool(II)-N mit Hilfe extrahierbarer Norg-Fraktionen--------------181
4.5.1 Erstellung von Schätzfunktionen............................................................................181
4.5.1.1 Funktionsgleichung mit der CaC^-Norg 20°C-Fraktion...................................181
4.5.1.2 Funktionsgleichung mit der kombinierten CaCb-Norg 2(H-80°C-Fraktion........182
4.5.1.3 Funktionsgleichung mit dem gesamten organischen Boden-N...........................184
4.5.2 Kreuzvalidierung der Schätzfunktionen..................................................................184
4.5.3 Zusammenfassung..................................................................................................188
4.6 Prognose der N Netto-Mineralisation mit NCSODL___________________________189
4.6.1 Anfangsgehalte der Pools, Parameterwerte und Randbedingungen........................189
4.6.2 Prognose ohne Randbedingung für A-Pool(l).........................................................191
4.6.3 Prognose unter der Prämisse A-Pool(I) =0...........................................................196
4.6.4 Zusammenfassung..................................................................................................200
4.7 SimalatkM des N-Uauatzcs im Boden nach Einmischen von Zdmlose___________201
4.7.1 Experimentelle Grundlage, Parameterwerte und Anfangsgehalte der Pools...........201
4.7.2 Markierte und unmarkierte N-Fraktionen im Boden - Meßwerte und Simulation... 203
4.8 SinmtatioB der N Netto-Mineralisation u wicderbefcachteteB Böden___________206
4.8.1 Experimentelle Grundlage und prinzipielle Vorgehensweise...................................206
4.8.2 Simulation mit gleichem C:N-Verhältnis in den beiden Pool(n)-Unterfraktionen... 207
4.8.3 Simulation mit unterschiedlichem CN-Verhaltnis in den Pool(II)-Unterfraktionen 210
4.9 Q«antifizier»Bg der QoeDea trodcHngsbediagter N-MineraHntk» mit NCSOBL 214
4.9.1 Experimentelle Grundlage und prinzipielle Vorgehensweise...................................214
-V-
5 KAPFTELÜBERGREIFENDE DISKUSSION UND ABSCHLIEßENDE
BEMERKUNGEN_________________________________________________________219
5.1 Extrahierbarer Norg im Boden und PooPO-N in NCSOIL___________________219
5.2 Prognose der N-Netto-Miner»Iisation........ 228
6 ZUSAMMENFASSUNG.__________________________________________________235
7 LITERATURVERZEICHNIS______________________________________________241
8 DANKSAGUNG_________________________________________________________263
-VI-
Verzeichnis der Abbildungen
Bild 1: Schematische Darstellung von N-Pools im Boden und wichtiger Prozesse
des N-Haushahes...................................................................................................................2
Bild 2: Gehake an CaCh extrahierbarem Norg in der Krume von fünf ackerbaulich
genutzten Standorten unter dem Einfluß unterschiedlicher Probenkonservierung ..................20
Bild 3: Wassergehalt und CaCh extrabierbare N-Fraktionen dreier Ackerboden
unterschiedlicher Textur im Verlauf der Trocknung von Bodenproben bei 40°C im
Trockenschrank ...................................................................................................................24
Bild 4: CaC^ extrahierbare Norg-Gehalte in der äußeren 0 - 2 cm und inneren 2
cm Schicht von Bodenaggregaten im März bzw. in der 0-2 cm und 2 - 10 cm
Bodenschicht im April nach mehrwöchigen niederschlagsfreien Perioden im Früh-
jahr 1996 .............................................................................................................................31
Bild 5: CaC^ extrahierbare Nmin- und Norg-Gehahe im Verlauf der Inkubation
ungetrockneter und getrocknet-wiederbefeuchteter Bodenportionen der Böden #1
und #5 der Laborinkubation I...............................................................................................4i
Bild 6: Zusammenhang zwischen dem Gehalt an CaCh extrahierbarem Norg in den
Böden zu Beginn der Laborinkubationen I und II und dem durch Trocknung bei
40°C und Wiederbefeuchtung mineralisierbar gemachten N..................................................49
Bild 7: Verlauf der Nmm-Gehalte in Boden #1 der Laborinkubation III. inkubiert
entweder mit oder ohne Einmischen von Zellulose.................................................................63
BiM S: Verlauf der Nrrrin-Gehalte in Boden #2 der Laborinkubation III, inkubiert
entweder mit oder ohne Einmischen von Zellulose................................................................64
Bild 9: Organischer N in CaC^-Extrakten ungetrockneter und bei 40°C getrock-
neter Bodenproben vom Tag 14 der Laborinkubation III der Varianten mit und
ohne ZeDulosezugabe...........................................................................................................65
Bild 10: Verlauf der Nmin-Gehalte in Boden #1 und #2 der Laborinkubation III,
inkubiert entweder mit oder ohne Einmischen von Zellulose (Varianten B bzw. A)
und null bis vier TrocknuBgs-WiederbefeuiAtungszyklen (Subvarianten Bo bis B«)...............68
Bild 11: Markierter N (extrahierbar und nicht extrahierbar) in den Böden #1 und
#2 am Tag 69 der Laborinloibarion m, inkubiert entweder ohne Zellulose (A) oder
mit Zellulose und 0 bis 4 Trocknurigs-Wiederbeftwchtungszvklen (Bo bis B«).......................71
Bild 12: Durch aufeinanderfolgende Trocknungs-Wiederbefeuchtungszykkn
kumulativ mingaüsierbar gemachter N in Abhängigkeit von der Zykluszahl in
Boden #1 und #2 der Laborinkubation m ............................................................................74
Bild 13: Markierter und unmarkierter Nmin in Boden #1 und #2 am Tag 69 der
Laborinkubation ffl, inkubiert entweder ohne ZeDulose (A) oder mk Zellulose (B)
und 0 bis 4 Trocta»aigs-WiederbdenchtBngs^cfcn (Bo bis B*)............................................80
-VII-
BikJ 14: Markierter und unroarkierter, durch CHCb-Fumigation extrahierbar
gemachter N im Boden #1 und #2 am Tag 14, 42 und 69 der Laborinkubation III,
inkubiert entweder ohne Zellulose (A) oder mit Zellulose und 0 bis 4 Trocknungs-
Wiederbefeuchtungszyklen (Bo bis B4).................................................................................85
Bild 15: Extrahierbarer Norg im Sandboden, der mit oder ohne Bentonh extrahiert
wurde, und zwar entweder ungetrocknet und unfumigiert oder nach Trocknung bei
40°C bzw. CHCb-Fumigation..............................................................................................94
Bild 16: Extrahierbarer Norg im Lehmboden, der mit oder ohne Bentonit extra-
hiert wurde, und zwar entweder ungetrocknet und unfumigiert oder nach
Trocknung bei 40°C bzw. CHClj-Fumigation; dk Pfeile kennzeichnen den durch
Trocknung bzw. Fumigatkm extrahierbar gemachten Norg, Fehlerbalken = ± Stan-
dardfehler bei n = 4 Parallelen ..............................................................................................95
Bild 17: CaCfc extrahierbarer organischer N in getrockneten Bodenproben der
Laborinkubation IV, jeweils ohne bzw. mit Zugabe einer E. co/i-Suspension......................102
Bild 18: Durch CHCb-Funrigation extrahierbar gemachter N in Bodenproben der
Laborinkuhation IV ohne bzw. nrit E. co/i-Suspension ..................................................103
Bild 19: CaCfe extrahierbare N-Frakrionen in einem Ton- und einem Sandboden
im Verlauf der Inkubation der Böden bei 15°C mit und ohne Einmischen einer
Gründüngung; Queue: Appel et ai (1995b).........................................................................108
Bild 20: Gesamt-N in CaClT-Extrakten eines Ton- und einem Sandbodens im Ver-
lauf der Inkubation der Böden bei 15°C mit und ohne Einmischen einer Grün-
düngung.............................................................................................................................109
Bild 21: Durch CHCb-Fumigatwn extrahierbar gemachter N in einem Ton- und
einem Sandboden, inkubiert mit und ohne Einmischen einer Gründüngung.....................110
Bild 22: ^-markierter organischer und anorganischer N in ELT-Extrakten
(20°C+80°C-Fraktionen) im Verlauf der Inkubation eines Bodens nach dem Einmi-
schen von jungem, l^-markiertem Raps; Quelle: Appel und Xu (1995).............................111
Bild 23: CaCfe extrahierbarer organischer N im Boden in Abhängigkeit von der
Probenvorbehandlung und unter dem Einfluß einer Inkubation mit und ohne
Gründüngung.....................................................................................................................112
Bild 24: N Netto-MmeraBsation im Klirnakarnrnerversuch mit und ohne Wei-
delgras...............................................................................................................................124
Bild 25: Organischer N in CaClrTrockenboderj-Extrakten des Klimakammer-
versuchs der Varianten mit* und ohne Weidelgras in Abhängigkeit vom Termin
der Probenahme.................................................................................................................125
Bild 26: Schema der Probenaufbereitung zur Analyse von Ammozuckem im
HydrorysatvonEUF-Extrakten..........................................................................................133
Bild 27: Schema der Probenaufbereitung zur Analyse von Aminosäuren im Hydro-
tysst von EUF-Extrakten....................................................................................................136
-VIII-
Bild 28: Schematische Darstellung der Gehalte an organischem N und des NH4-N
vor und nach der Hydrolyse von EUF-Extrakten................................................................137
BiM 29: Anorganischer N im Boden mit und ohne Einmischen einer Grün-
düngung im Verlauf der Inkubation des Bodens .................................................................138
Bild 30: Anteil (%) von drei beispielhaft ausgewählten Aminosäuren am gesamten
Norg in den Hydrolysaten von EUF-Extrakten eines mit bzw. ohne Grün-
düngung inkubierten Bodens..............................................................................................
Bild 31: Anteil (%) von drei beispielhaft ausgewählten Aminozuckern in den
Hydrolysaten von EUF-Extrakten, gemessen am gesamten EUF extrahierbaren
Norg eines mit bzw. ohne Gründüngung inkubierten Bodens.........................................141
Bild 32: Anorganischer N im Boden, inkubiert mit und ohne Einmischen einer
E. «»//-Suspension.............................................................................................................142
Bild 33: EUF extrahierbarer organischer N (Norg) im Boden, inkubiert entweder
mit oder ohne Einmischen einer E. co/i-Suspension........................................................ 3
Bild 34: Anteil (%) von drei beispielhaft ausgewählten Aminozuckem in den
Hydroh/saten von EUF-Extrakten, gemessen am gesamten EUF extrahierbaren
Norg eines mit bzw. ohne Einmischen einer E. co//-Suspenskm inkubierten
Bodens ..............................................................................................................................I44
Bild 35: Anorganischer N im Boden, gedüngt mit NH4NO3 und inkubiert mit
bzw. ohne Einmischen von Zellulose................................................................................145
Bild 36: EUF extrahierbarer organischer N im Boden, inkubiert nach Düngung mit
NH4NO3 und mit bzw. ohne Einmischen von Zellulose..................................................146
Bild 37: Anteil (%) von drei beispielhaft ausgewählten Aminosäuren am gesamten
Norg in den Hydrolysaten von EUF-Extrakten eines NH4NO3-gedüngten und nrit
bzw. ohne Einmischen von Zeihlose inkubierten Bodens.................................................147
Bild 38: Anteil dreier Anänozucker in Hydrolysaten von EUF-Extrakten eines mit
NH4NO3 gedüngten und mit bzw. ohne Einmischen von Zellulose inkubierten
Bodens .........................._..................................................................................................149
Bild 39: Berechnete N Netto-MineraHsation und N in mikrobieller Biomasse am
Ende der Inkubation unter dem Einfluß variierter Vorgaben für den anftnglii-hen
N-Gehalt in Pool(n)...........................................................................................................164
Bild 40: Berechnete N Netto-Mineralisation und N in mikrobieller Biomasse am
Ende der Inkubation unter dem Einfluß variierter Vorgaben für den anfitaglichen
C-Gehak in Poo^n)...........................................................................................................165
BOd 41: Verlauf des anorganischen N und des mikrobiell gebundenen N im Boden
wählend 57«giger MmbBtion tob Boden #1, Variante A der Laboririkutföioii IV:
berechnete und gemessene Werte.......................................................................................167
-IX-
BiW 42: Anfangsgehalte von Pool(II)-C und -N als Ergebnis von Parameteropti-
mierungen in Abhängigkeit von dem bei der Optimierung verwendeten Umsatz-
Reduktions ktor RED1.....................................................................................................168
Bild 43: Anfangsgehalte von Pool(II)-C und -N als Ergebnis von Parameteropti-
mierungen in Abhängigkeit von dem zur Optimierung vorgegebenen Pool(I)-N-An-
fangswert ...........................................................................................................................169
Bild 44: Anfangsgehalte von Pool(II)-C und -N als Ergebnis von Parameteropti-
mierungen in Abhängigkeit von den bei der Optimierung eingesetzten Werten für
A-PooI(I)-N.......................................................................................................................172
Bild 45: Anfangsgehalte von Pool(H)-C und -N als Ergebnis von Parameteropti-
mierungen in Abhängigkeit von dem bei der Optimierung verwendeten Stabiüsie-
rungsfektorEFSINK(n) des C-Transfers von Pool(II) in Pool(III).....................................173
Bild 46: Zusammenhang zwischen optimierten und geschätzten Werten von
Pool(II)-N, ermittelt entweder durch Parameteroptinrierung (^„gemessen ) oder
durch Schätzfunktionen nach Gleichung (26) im Rahmen der Kreuzvalidierung..................187
Bild 47: Nmin-Akkumulation im Verlauf der Laborinkubationen I und II: Meß-
werte versus Simulation nach der Typ I-Strategie (d. h. ohne Randbedingung für
A-PooKI))..........................................................................................................................195
Bild 48: Nmin-Akkumulation im Verlauf der Laborinkubationen I und II: Meß-
werte versus Simulation nach der Typ Il-Strategie (d. b. unter der Prämisse A-
Pool(I) = 0)........................................................................................................................199
Bild 49: Gemessene und durch NCSOIL berechnete Nmin-Gehalte in den Böden
der Laborinkubation HI, Variante Bo (kontinuierlich feucht, mit Zellulose).........................204
Bild 50: Nmin-Gehalte im Boden #20 der Laborinkubation II, gemessene Werte
(Symbole) und simulierter Verlauf (Linien) unter dem Einfluß variierter Anfangs-
gehalte in der labilen Unterfraktion von Poo^ü).................................................................208
Bild 51: Simulierte Werte der autochtonen mikrobieilen Biomasse (PooHI)) in
Boden #20 im Verlauf der Laborinkubation II unter dem Einfluß variierter Anteile
der labilen Untertraktion am Gesamt-PooKTI).....................................................................209
Bild 52: Nmin-Gehalte im Boden #20 der Laborinkubation II: gemessene Werte
und simulierter Verlauf unter dem Einfluß variierter PooKnL)-C:N-Verhähiiisse,
PoolCID-Anfangsgehalte und kinetischer Reaktionskonstanten der labilen PooK HV-
Unterfraktkin.....................................................................................................................211
Bild 53: Simulierter Vertauf der mikrobielkn Biomasse im Boden #20 der Labor-
inkubation II unter dem Einfluß variierter Pool(ü[.)-Anfangsgehaite und kinetischer
Reaktionskonstarten der labilen PooI(II)-Unterfraktion......................................................212
-X-
Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 1: Varianzanalyse der Norg-Gehahe in QaCh-Trockenboden-Exinkten
von fünf Standorten (Standortvariation), jeweils zweifach beprobt („Probenahme-
fehler ) und mit je drei LaborparaUslsn analysiert („Laborfehler ).........................................21
Tabelle 2: Varianzanalyse der Norg-Gehake in CaC^-Feuchtboden-Extiaklen von
fünf Standorten (Standortvariation), jeweils zweifach beprobt („Probenahme-
fehler ) und nrit je drei LaborparaDelen analysiert („Laborfehler ).........................................21
Tabelle 3: Kenndaten der Böden für die Untersuchung extrahierbarer N-Fraktio-
nen im Verlauf der Trocknung im Trockenschrank................................................................22
Tabelle 4: Bodenkenndaten der Standorte der Freilanduntersuchung im Sommer
1995.....................................................................................................................................27
Tabelle S: Bodentrockensubstanz und CaCh extrahierbare Norg-Gehalte in
Bodenproben zweier Standorte, beprobt zu drei Terminen im Hochsommer 1995..................30
Tabelle 6: Kenndaten der für die Laborinkubation I verwendeten Böden..............................34
Tabelle 7: Bodentyp und Bewirtschaftung der für die Laborinkubation I verwen-
deten Böden..........................................................................................................................34
Tabelle 8: Kenndaten der für die Laborinkubation II verwendeten Böden.............................38
Tabelle 9: Bodentyp und Bewirtschaftung der für die Laborinkubation II verwen-
deten Böden..........................................................................................................................39
Tabelle 10: Werte kinetischer Parameter der angepaßten Funktionen nach Glei-
chung (1) bzw. (2) zur Beschreibung der „Basis-Mineralisation in den ungetrock-
neten Böden (Variante A) der Laborinkubationen I und II und Bestimmtheitsmaße
für die Anpassung der Funktionen an die gemessene Nmin-Akkumulation in den
Böden...................................................................................................................................44
Tabelle 11: Werte der kinetischen Parameter der angepaßten Funktionen nach
Gleichung (3) und (4) zur Beschreibung der ,£xtra-Mi»araBsation in den
getnKtoet-wiederbefeuchteten Böden (Variante B) der Laborinkubationen I und H
und Bestamntheitsniaße für die Anpassung an die gemessene Nmin-Akkumulation
in den Böden.........................................................................................................................45
Tabefle 12: Bivariate Korrelationskoefrizjenten (r) der Beziehungen zwischen
extrahierbaren Norg-Fraktionen bzw. Kenngrößen der gesamten organischen
Substanz in Boden and der N Nettc-MineraBsation in Variante A („Basis-Minera-
Iksation ) bzw. dem durch Trocknung und Wiederbefeuchtung für eine „Extra-
Mineralisation zugänglich gemachten Stickstoff in der Variante B der Laborinku-
bationen I und II............................................................... .........50
-XI-
Tabelle 13: Partielle Korrelationskoeffizienten (r) der Beziehungen zwischen
extrahierbaren Norg-Fraktionen und der N Netto-Mineralisation in Variante A
(„Basis-Mineralisation ) bzw. dem durch Trocknung und Wiederbefeuchtung.för
eine „Extra-Mineralisation zugänglich gemachten Stickstoff in der Variante B der
Laborinkubationen I und II unter rechnerischer Konstanthaltung des insgesamt in
der organischen Substanz des Bodens gebundenen Stickstofls...............................................51
Tabelle 14: Gehahe an CaCl2 und EUF extrahierbarem Norg in den bei 40°C
getrockneten Böden (Variante B) am Tag 0 der Laborinkubationen I und II..........................53
Tabelle 15: Physikalische und chemische Kenndaten der im Inkuhationsversuch III
verwendeten Böden..............................................................................................................56
Tabelle 16: Parameterwerte der angepaßten Funktionen nach Gleichung (7), (8)
bzw. (11) zur Beschreibung der N-Mineralisation in den Böden der Varianten A
und Bfl (ohne Trocknung und Wiederbefeuchtung) der Laborinkubation III sowie
die Bestimmtheitsmaße der angepaßten Funktionen...............................................................64
Tabelle 17: Parameterwerte der Funktionen nach Gleichung (12), (13) und (15)
zur Beschreibung der „Extra-Mineralisation in den getrocknet-wiederbefeuchteten
Varianten Bj bis B4 der beiden Böden der Laborinkubationen HI..........................................70
Tabelle 18: Markierte anorganische N-Gehalte in den Böden #1 und #2 der
Varianten/Subvarianten A und Bo bis B4 (A ohne , B mit Zellulose) im Verlauf
der Laborinkubation m.........................................................................................................76
Tabelle 19: Werte der kinetischen Parameter der Funktionen nach Gleichung (17)
zur Beschreibung der Mineralisation von markiertem N in den Böden der Varianten
B] bis B4 der Laborinkubation III sowie Bestimmtbeitsmaße fiir die Anpassung der
Funktionen............................................................................................................................78
Tabelle 20: Physikalische und chemische Kenndaten der im Inkubationsversuch IV
verwendeten Böden..............................................................................................................99
Tabelle 21: Physikalische und chemische Kenndaten der im Klimakammerversuch
verwendeten Böden............................................................................................................115
Tabelle 22: Stickstoff im Aufwuchs und in Wurzeln + Petiofen des Weidelgrases
sowie NOj-N in den Böden des Ktnnakarnrnerversuchs.......................................................121
Tabelle 23: Markierter N in Pflanzen und im Boden am 85. Tag des Klimakam-
merversuchs........................................................................................................................122
Tabelle 24: N-Bilanzsaklo. N Netto-Mineralisation und durch Pflanzenbewuchs
bedingte ,j*xtra-Imroobilisarion im Klimakammerversuch ohne und mit Wei-
delgras................................................................................................................................123
Tabelle 25: Norg + NH4-N im K2SO4-Extrakten vor und nach 24stündiger
CHCl3-Fumigation von Bodenproben, entnommen aus den Varianten mit* und
ohne Weidelgras an den Tagen 13 und 85 des Klimakammerversuchs...............................127
-XII-
TabeUe 26: Korrelationskoeflizienten (r) der Beziehungen zwischen dem EUF
bzw. CaCh extrahierbaren Norg und der N Netto-Mineralisation im Boden, zusam-
mengestellt nach Angaben aus der Literatur und den Ergebnissen der vorliegenden
Arbeit (Laborinkubationen I und II)....................................................................................13°
Tabelle 27: Für die Simulation verwendete Werte vonNCSOIL-Parametern......................161
Tabelle 28: Netto mineraliaerter N (A-Nmin) in den Böden der Laborinkubation I
und II, N-Gehake und C:N-Verhältnisse der gesamten organischen Substanz der
Böden sowie optimierte Anfangswerte und C:N-Verhältnisse von organischen
NCSOIL-Pools...................................................................................................................176
Tabelle 29: Bivariate Korrelationskoeffizienten (r) der Beziehungen zwischen den
verschiedenen organischen Fraktionen in den Böden der Laborinkubationen I und
Hund den Anfengswerten von PoolOThN bzw. PooKm)-N................................................177
Tabelle 30: Partialkorrelationskoeffizienten (r) der Beziehungen zwischen den ver-
schiedenen organischen Fraktionen in den Böden der Laborinkubationen I und II
und den An ngswerten von Pool(IT)-N bzw. Pool(ÜI N unter rechnerischer
Konstanthaltung des jeweils anderen N-Pools......................................................................178
Tabelle 31: Werte für die Parameter a, b, c und d der Schätzfunktionen nach Glei-
chung (26), (30) und (31)....................................................................................................185
Tabelle 32: Bestimmtheitsmaß und Abweichung zwischen „gemessenen und im
Rahmen der Kreuzvalidienmg berechneten Werten von Pool(II)-N......................................186
Tabelle 33: Randbedingung, Anfangsgehalte und C:N-Verhältnisse organischer
Pools für die Prognose der N Netto-Mineralisation nrit NCSOIL......................................... 90
TabeBe 34: Stickstoff-Akkumulation (A-Nmm) und Veränderung des N in der
mikrobieüen Biomasse (Ä-Poo^I)) in den Böden vom 0. Ks 61. Tag der Labor-
inkubarionen I und II: Meßwerte und Simulationsergehnisse nach der Typ I-Stra-
tegie....................................................................................................................................193
Tabelle 35: Bestimmtheitsmaß und Abweichung zwischen gemessenen und nach
der Typ I-Strategk simulierten Werten der Nnrin-Akkumulation (A-Nmin) im
Boden.................................................................................................................................194
Tabelle 36: Stkdcstoff-Akkumulatkra (A-Nmin) in den Böden vom 0. bis 61. Tag
der Laborinkubationen I und II: Meßwerte und Simulationsergebnisse nach der
TypII-Strategie..................................................................................................................197
TabeBe 37: Bestknmtheitsmaß und Abweichung zwischen gemessenen und nach
der Typ-Ü-Strategie simulierten Wertes der Nmtn-Akkumulation (A-Nmin) im
Boden.................................................................................................................................198
TabeBe 38: NCSOIL-Parameter und Amangswerte organischer Pools fflr die
Simulation des Umsatzes der organischen Substanz in den beiden Böden der
Laborinkubation Ett............................................................ ..............203
-XIII-
Tabelle 39: Stickstoff in den unterschiedlichen organischen NCSOEL-Pools im
Verlauf der Laborinkubation III, Variante Bo (kontinuierlich feucht, mit Zellulose)..............205
Tabelle 40: N-Genalte am Tag 14 der Laborinkubation III: Simulierte Gehalte in
Pool(II) und in den Biomasse-Pools (Nmo) von NCSOIL unmittelbar vor dem
Zeitpunkt der Wiederbefeuchtung der Variante Bj sowie durch Kurvenanpassung
ermittelte Werte an trocknungsbedingt „extra-mineralisierbarern Stickstoff (Nam)............216
Tabelle 41: Durch Trocknung und Wiederbefeuchtung mineralisierbar gemachter
N (= trocknungslabiler N) am Tag 14 der Laborinkubation III, aufgeteilt nach
seiner Herkunft aus der mikrobiellen Biomasse (NB1O) oder der gering stabilisierten
toten organischen Substanz (Pool(II N).............................................................................217
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