Band 58:
Holbeck, Britta (2013): Humus management of arable soils in a water protection area
Bonner Bodenkundliche Abhandlungen Bd. 58, 119 S. (2013), 15,- €
Kurzfassung Band 58
Holbeck, Britta (2013): Humus management of arable soils in a water protection area
Bonner Bodenkundliche Abhandlungen Bd. 58, 119 S. (2013), 15,- €
Kurzfassung:
Wesentliche Ziele dieser Arbeit waren (i) die Entwicklung der organischen Kohlenstoffgehalte (Corg) von Ackerböden in Nordrhein-Westfalen (NRW) über die vergangenen Dekaden zu rekonstruieren, (ii) zu untersuchen, ob erhöhte Corg-Gehalte von Ackerböden im Köln-Bonner Raum mit erhöhten Nitratausträgen verbunden sind, und (iii) das Potential von Zwischenfrüchten für die Reduktion von Nitratverlusten nach dem Aufbringen von gängigen Düngern (Champost, Hühnerkot und mineralischer N) auf Böden mit unterschiedlichen Corg-Gehalten und Texturen zu erfassen.
Über 7000 Corg-Werte aus dem Fachinformationssystem Stoffliche Bodenbelastung (FIS StoBo) des Landes NRW wurden mit einer eigenen Erhebung von Corg-Gehalten in Kombination mit Informationen zur Landnutzung und zu Bodeneigenschaften in einem Köln-Bonner Wasserschutzgebiet verglichen (i). Basierend auf diesem Datensatz wurden 40 landwirtschaftlich genutzte Flächen für eine detaillierte Analyse der räumlichen Heterogenität von Corg, mineralischem Stickstoff (Nmin) und Textur ausgewählt. Auf drei dieser Flächen wurde die Stickstoffverlagerung durch Tiefenprofile (4 m) und Passivsammler erfasst (ii). Um das Schicksal düngerbürtigen Stickstoffs über ein Erntejahr zu verfolgen, wurden Champost und Hühnerkot mit 15N markiert und parallel zu K15NO3 im Spätsommer zur Zwischenfrucht auf zwei Böden unterschiedlicher Textur aufgebracht (iii).
Die Auswertung der FIS StoBo-Daten ergibt eine heterogene Verteilung der Corg-Gehalte über NRW in Abhängigkeit von Landnutzung, Landnutzungswechsel und Viehdichte. In den 1980er Jahren sind die Corg-Gehalte stark angestiegen. Nachfolgend ist eine Abnahme zwischen 1990 und 2003 zu verzeichnen, die durch die vermehrte Umwandlung von Grünland in Ackerland infolge der Intensivierung der Milchviehhaltung hervorgerufen wurde (i). Für die Nmin-, Corg- und Tonvorräte in den Böden des untersuchten Kölner Wasserschutzgebietes konnten keine linearen Zusammenhänge gefunden werden. Auch geostatistische Analysen zeigten unterschiedliche räumliche Muster für Nmin und Corg. Die N-Auswaschung war räumlich variabel, unabhängig von lokal höheren Corg-Vorräten. Letztlich konnte in dieser Studie keine Beziehung zwischen höheren Corg-Vorräten und potentiellen N-Austrägen gefunden werden (ii).
In dem Feldexperiment mit 15N-markierten Düngern wurden nach der Zwischenfruchtperiode nur 20 – 40 % des applizierten 15N im Oberboden wiedergefunden. Die Differenz wurde in der Zwischenfrucht gespeichert und nach deren Absterben wieder freigesetzt. Die 15N-Wiederfindung in der Zwischenfrucht war mit 60 % für Champost am höchsten, danach folgte der mineralischen Dünger (50 %), während nur 3 % des aus dem Hühnerkot stammenden 15N nachgewiesen werden konnte. Nach 400 Tagen konnten noch 67 % des 15N vom Champost, 37 % vom Hühnerkot und 28 % vom mineralischen Dünger in den oberen 30 cm des Bodens wiedergefunden werden. Die nachfolgende Hauptfrucht (Zuckerrübe) nahm noch 7 bis 13 % des ursprünglich gedüngten 15Ns auf. Gemäß den vorhergehenden Ergebnissen beeinflussten auch hier weder Corg-Gehalte noch die Textur das Verhalten des Düngerstickstoffs.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen an, dass eine moderate Anhebung der Humusgehalte in der untersuchten Region nicht zu erhöhten N-Auswaschungsverlusten führt. Der Anbau von Zwischenfrüchten im Herbst kombiniert mit einer Champostdüngung zur Humuspflege minimiert das Risiko zusätzlich.
Abstract Band 58
Holbeck, Britta (2013): Humus management of arable soils in a water protection area
Bonner Bodenkundliche Abhandlungen Bd. 58, 119 S. (2013), 15,- €
Abstract:
This study aimed to (i) reconstruct the development of SOC contents in North Rhine-Westphalia (NRW) during the last decades, to (ii) examine whether elevated SOC stocks in the Cologne-Bonn area pose a risk to nitrate leaching, and (iii) to elucidate the role of intercrops for reducing N losses from common organic fertilizers (mushroom compost, chicken manure and mineral N) in relation to the spatial heterogeneity of SOC content and texture.
More than 7000 SOC recordings in the branch information system on soil contamination (FIS StoBo) of NRW were compared with an own mapping of SOC contents in combination with basic landuse information and soil properties in a water protection area in the Cologne/Bonn region (i). Out of this data base, 40 arable fields were selected for analysing the spatial heterogeneity of the contents of SOC, mineral N (Nmin) and of texture. Within three fields, N leaching was inferred from 4 m deep bore holes and by self-integrating accumulators at subsites of relatively low, medium and high SOC and clay content (ii). For final tracing of the fate of fertilizer N (iii), mushroom compost and chicken manure in 15N-labelled forms were produced and the fertilizer label was monitored in parallel to that of mineral K15NO3 fertilizer after autumn application at two differently textured soils during one intercropping- and main cropping season (400 days).
The results show that (i) SOC contents were distributed heterogeneously across NRW, being strongly related to land use, land use change and livestock density. While SOC contents rose in the 1980-ies, they declined in the 1990-ies until 2003, probably reflecting variations in the conversion of grassland to arable land due to intensification in the dairy sector. When (ii) elucidating the interaction of SOC stocks and Nmin in the Cologne water protection area, regression analyses failed to predict Nmin stocks as a function of SOC and texture. Geostatistical analysis confirmed that spatial patterns of Nmin and SOC varied independent of each other. N leaching was spatially variable and not generally related to hot spots of high SOC stocks. There was no evidence that elevated SOC stocks in the study area increased the risk of unwanted N leaching losses.
Labelling the fertilizers with 15N allowed me to trace their fate for more than 400 days. The results (iii) revealed that in the surface soil only 20 - 40% of the applied fertilizer 15N was recovered after the intercropping period. The missing amount was largely retained by the intercrop, and it was rereleased to the soil with the decay of the mustard intercrop. The fertilizer N recovery in the intercrop itself was highest for mushroom compost (60%), followed by mineral fertilizer (50%) whereas it was almost not detectable for chicken manure (3%). Yet, even after 400 days, 67% of the fertilizer N from mushroom compost, 37% from chicken manure and 28% from the mineral fertilizer was recovered at 0 – 30 cm soil depth. The main crop, sugar beet, still utilized between 7 and 13% of the initial fertilizer addition. In line with the other results, texture and SOC content did not affect the overall retention of the fertilizer N in soil.
In conclusion, this study indicates that a moderate increase of SOC stocks does not appear to lead to an increased risk of water pollution by nitrate leaching, suggesting that central aims in soil and water conservation are not necessarily conflicting. Using mustard intercropping even reduced the associated risks further, with mushroom compost outcompeting mineral N-fertilizer and chicken manure in respect to being a slow and sustainable N fertilizer source for the plants at reduced N losses.