Teilprojekt: Einfluss der Mikro- und Makrobioturbation durch Bodentiere auf die Stabilisierung der organischen Substanz in Ackerböden DFG SPP 1090 Justus-Liebig- Universität Gießen Interdisziplinäres Forschungs- Zentrum für biowissenschaftliche Grundlagen der Umweltsicherung Silke Vetter, Oliver Fox, Klemens Ekschmitt und Volkmar Wolters Justus-Liebig-Universität, IFZ-Tierökologie Heinrich-Buff-Ring 26-32, D Giessen, Germany IFZ - TIERÖKOLOGIE Abb. 2: Gemittelte Tiereffekte auf Löslichkeits- und Partikelgrößen-Fraktionen der OBS Ergebnisse 1. Einfluss der Fauna auf die Kohlenstoff- Mineralisation 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. Schlussfolgerungen 1.Höhere Bodentierdichten beschleunigen generell die Mineralisation. Dieser Effekt wird allerdings durch overgrazing und durch gegenseitige Hemmung der Bodentier- gruppen 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. 4.Die Fixierung organischer Bodensubstanz in mikrobieller Biomasse wird im Boden durch Nematoden und in der Streuauflage durch Enchytraeiden gefördert. Fragestellung Das Management der organischen Boden- substanz 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 Partikelgrößen- Fraktionen der organischen Bodensubstanz die Tiere wirken. Untersuchungskonzept Im Projekt werden drei experimentelle Ansätze mit zunehmender Naturnähe eingesetzt. Es werden (a) Labor-Mikrokosmos-, (b) Freiland- Mesokosmos- und (c) Feld-Experimente durch- geführt. Hier werden Ergebnisse aus der Boden- Fraktionierung der Mikrokosmos-Experimente vorgestellt. Methoden In einem aufwändigen Laborexperiment mit 96 Mikrokosmen wurden Nematoden, Lumbriciden, Enchytraeiden und Mikro- arthropoden 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 Bodenfauna- Gruppen 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 Abb. 3 vergleicht die Wirkungs-Intensität einzelner Tiergruppen (Anteilige Varianz- Aufklärung mit Vorzeichen). Es zeigten sich drastische Unterschiede in der Wirksamkeit der Tiergruppen sowohl in den OBS-Fraktionen als auch zwischen Boden ohne und mit Streu- auflage. Regenwürmer reduzierten vor allem die grobkörnigen unlöslichen OBS-Fraktionen und Teile der säurelöslichen Fraktionen. Sie bewirkten einen erheblichen Teil der CO2- Erhöhung in der streufreien Variante. Collembolen trugen zu einer Anhebung der säurelöslichen Fraktionen und der Gesamt- Atmung 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. 2. Einfluss der Bodenfauna auf die Umsetzung der OBS-Fraktionen Abbildung 2 zeigt gemittelte C-Bilanzen der Tiereffekte für Löslichkeits- und Partikelgrößen- Fraktionen 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 OBS- Kohlenstoffs in mikrobielle Biomasse umgesetzt, wobei ein erheblicher Teil veratmet wurde. Abb. 1: Zunehmende Naturnähe im Untersuchungs- konzept Feld- Experiment Freiland- Mesokosmen Labor- Mikrokosmen Tab. 1: Tiereinfluss auf die Bodenatmung Abb. 3: Relative Einwirkung der Tiergruppen auf den Umbau von OBS-Fraktionen