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Veränderungen der N-Mineralisierung in Nadelwaldböden durch Pflanzenkohle

Ruben Seibert (2012)

Masterthesis

 

Veränderungen der N-Mineralisierung in Nadelwaldböden durch Pflanzenkohle


Zusammenfassung

Die Wälder gehören mit zu den größten CO2-Speicher der Erde. Deutschland hat eine Waldfläche von ca. 11 Millionen Hektar. Durch den prognostizierten Klimawandel ist der Wald mit einer der hauptbetroffenen Ökosysteme. Steigende Temperaturen, trockenere Sommer und die Zunahme von Wetterextremen und Wetterereignissen werden langfristig die Standortbedingungen für verschiedene Arten verändern. Mit einem Anteil von 33% ist die Fichte die am stärksten vertretene Baumart in deutschen Wäldern. Im Vergleich zu anderen Baumarten, wie Buche, Esche, Bergahorn oder Douglasie zeigt die Fichte hinsichtlich wärmerer Witterungsverhältnisse ein niedriges Anpassungspotential. Um die Leistungsvielfalt der Wälder zu erhalten, bereiten die Waldbesitzer einen Waldumbau von reinen Nadelwaldkulturen hin zu stabilen und mehrschichtigen Mischwälder vor. Fichten sind allerdings reich an phenolischen Stoffen und durch Abbau organischer Substanzen, wie z. B. der Nadeln, werden die Phenole im Boden freigesetzt. Phenole haben einen direkten Einfluss auf den Nährstoffumsatz und die mikrobielle Aktivität im Boden. Sie limitieren die Stickstoffverfügbarkeit aufgrund von Immobilisation von NH4+ und NO3-. Pyrogene Pflanzenkohle besitzt die Eigenschaft, organische Verbindungen wie Phenole, im Boden zu adsorbieren und somit eine Immobilisation von NH4+ und NO3- zu minimieren. In der vorliegenden Arbeit wurde die Veränderung der N-Mineralisierung in Nadelwaldboden mit Hilfe von Pflanzenkohle untersucht. Es wurden unterschiedliche Mengen an Kohle auf einem ehemaligen Nadelwaldstandort aufgebracht, um zu untersuchen, ob eine Steigerung der Nährstoffverfügbarkeit möglich ist und ob es zu einer Minderung des Phenolgehaltes kommt. Um Aussagen über die Standortbeschaffenheit der Untersuchungsfläche treffen zu können, wurde die Vegetation aufgenommen. Desweiteren wurde die Treibhausgasemission gemessen.

Die Ergebnisse zeigten, dass das geringe Anfangsgehalt von NH4+ und NO3- im Boden nach der Kohlebehandlung im Laufe des Untersuchungszeitraums immer weiter abnahm. Diese Abnahme ist mit dem steigenden Vegetationsaufkommen zu erklären. Eine Steigerung von NH4+ und NO3- durch Kohlebehandlung im Boden konnte jedoch nicht gemessen werden. Die Zeigerwerte der Vegetation deuteten allerdings auf einen mäßigen bis N-reichen Standort hin. Der gemessene Phenolgehalt zeigte eine Abnahme ab einer gewissen Menge Pflanzenkohle, doch hatte der gemessene Phenolgehalt keinen gravierenden Einfluss auf die Vegetation. Die Ergebnisse der Gaswechselmessungen zeigten, dass Pflanzenkohle tendenziell die CO2- und N2O-Emission reduziert. Auch die CH4-Oxidation war im mit Kohle behandelten Boden geringer als im unbehandelten.

Durch die Behandlung des Nadelwaldbodens mit Pflanzenkohle konnten zwar keine Steigerungen der N-Mineralisierungen festgestellt werden, allerdings zeigte sich eine tendenzielle Abnahme der Phenole und der Treibhausgas-Emissionen.

 

Abstract

Forests are a major CO2-accumulator on earth. Germany has a forest-area of about 11 million hectare. Forest ecosystems are a special concern in terms of the anthropogenic climate change. Rising temperatures, dry summers and an increase of weather extremes will change local conditions for different species on long term. The spruce is one of the strongest represented tree-species in German forests, with a fraction of 33%. In comparison with other tree-species like beech, ash, sycamore or douglas-fir, the spruce has a low potential of adaptation because of the warmer atmospheric conditions. Owners of forests are preparing a certain forest reassembly from net coniferous forests to stronger mixed forests, to keep the plant species diversity high to benefit forests. But spruces are abound in phenols and because of the decomposition of organic substances (e. g. needles), phenols are released into soil. Phenolic compounds have a direct influence on the nutrient content and microbial activity in soil. They confine the availability of nitrogen because of the immobilization of NH4+ and NO3-. Pyrogenic biochar has the property to absorb organic compounds like phenols. This could minimize the immobilization of NH4+ and NO3-.

This thesis considered the possibility of N-mineralization in coniferous soil by the use of biochar. Different amounts of biochar were spread on a coniferous soil to prove the assumption that an increase of the nutrient availability and a decrease of the content of phenols might occur. For information about the quality of the habitat, the vegetation was recorded. In addition the greenhouse-gases were measured.

The results show that there was a low content of NH4+ and NO3- in the soil initially. After the treatment with biochar this content decreased stepwise. This decrease is explained with an increase of the vegetation. Biochar didn´t result in any increase of NH4+ and NO3- during the whole examination period. But the composition of vegetation shows that the habitat should be abundant with nitrogen in the first place. The measured levels of phenols increased after application of a certain amount of biochar. But the measured content had no serious influences on the vegetation. The results of the measured greenhouse-gases showed, that there was a reduction of the emissions of CO2 and N2O because of the treatment with biochar. Additionally, the oxidation of CH4 was decreased.

Because of the treatment with biochar, there was no detection of an increase of the N-mineralization in the coniferous soil. But there was a decrease of the phenols and the greenhouse-gas emission, by trend.