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Wasser-, C- und N-Kreislauf in Nassreisanbau (ICON)

DFG Forschergruppe 1701: Introducing Non-Flooded Crops in Rice-Dominated Landscapes: Impact on Carbon, Nitrogen and Water Cycles (ICON)

 

Teilprojekt 4b: Plant-soil interactions in changing rice cropping systems and their influence on C and N dynamics

Projektleitung: Prof. Jan Siemens mit Prof. Wulf Amelung und PD Eva Lehndorff (Universität Bonn)

Bearbeitung: MSc Irabella Thiemann

Laufzeit: 2015-2018

 

Kurzbeschreibung:

Die Einführung von Mais (Zea mays L.) in ein Nassreisanbausystem stellt einen tiefgreifenden Eingriff in die Hydrologie und die biogeochemischen Kreisläufe v.a. von Kohlenstoff und Stickstoff dar. Wir postulierten, dass der Anbau von Mais durch die Bildung von Trockenrissen und die damit verbundenen Sickerwasserverluste auch Verluste von N und C in Richtung Grundwasser verstärkt. Weiterhin formulierten wir die Hypothese, dass der Anbau von Mais zu einem stärkeren Eintrag von wurzelbürtigem organischen Kohlenstoff in den Boden führt. Zur Prüfung unserer Hypothesen führten wir im Gewächshaus und im Freiland Markierungsversuche mit 13CO2 und 15N–Harnstoff durch. Außerdem wurden Menge und Zusammensetzung des Sickerwassers mit monolithischen Lysimetern einer Oberfläche von 1 m2 und einer Kompensation randlicher Schrumpfrisse untersucht. Die Isotopenmarkierungsversuche bestätigten einen verstärkten Eintrag von organischem Kohlenstoff durch Reiswurzeln in den Boden nach dem Anbau von Mais. Dieser Kohlenstoff wurde jedoch rasch oxidiert und z.T. in Form von gelöstem anorganischem Kohlenstoff mehr als 100 Tage lang im Bodenwasser gespeichert. Der Anbau von Mais erhöhte die Sickerwassermenge um 124% (Trockenzeit) bis 840% (Regenzeit). Auch stieg die Auswaschung von DOC von 7 kg ha-1 auf 27 kg ha-1, diejenige von Gesamt-N von 0.9 kg ha-1 auf 68 kg ha-1 (Summe Trockenzeit & Regenzeit 2012). Es zeigte sich, dass die Bildung von Trockenrissen maßgeblich die Verluste von Wasser, C und N aus dem Boden-Pflanze System steuert. Aus diesem Grunde bildet die Untersuchung der C- und N-Dynamik entlang von Schrumpfrissen und die Analyse der Dynamik von Schrumpfrissen einen Schwerpunkt der zweiten Phase unseres Projektes. Wir postulieren, dass i) Schrumpfrisse wichtige Eintrittspfade von Kohlenstoff und Nährstoffen in Reisböden darstellen, ii) der Boden entlang von Schrumpfrissen infolge des erhöhten C- und Nährstoffeintrages und der intensiveren Belüftung ein „hot spot“ des C- und N-Umsatzes ist und iii) das Mulchen mit Reisstroh in Kombination mit dem Anbau einer Zwischenfrucht die Austräge von C und N deutlich vermindern kann. Zur Prüfung unserer Hypothesen werden wir Isotopenversuche mit 13C-markiertem Reisstroh und 15N-markiertem Harnstoffdünger mit der Beprobung des Bodens entlang von Schrumpfrissen und einer Beobachtung der Dynamik von Trockenrissen kombinieren. Dazu werden wir neben den in Phase I etablierten Experimenten und Techniken ein Endoskop, Farbtracer und eine Wärmebildkamera einsetzen. Die so gewonnenen Daten lassen nicht allein Rückschlüsse auf die Bedeutung von Schrumpfrissen für den C und N-Kreislauf in den untersuchten Böden zu, sondern sind auch Grundlage für die gekoppelte Modellierung von Pflanzenwachstum, Hydrologie, C- und N-Kreislauf (SP6/SP7). Unsere Beteiligung an der Untersuchung weiterer Standorte mit unterschiedlichen pedologischen und klimatischen Bedingungen wird eine erste räumliche Extrapolation unserer Erkenntnisse ermöglichen.

 

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (SI 1106/9-2)

 

Weitere Informationen: http://www.uni-giessen.de/faculties/f08/departments/tsz-en/animal-ecology/iconproject/iconindex