This article was downloaded by: [University of Auckland Library]On: 02 November 2014, At: 14:54Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House,37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

Archives of Agronomy and Soil SciencePublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/gags20

Entwicklung von bodenkennwerten im internationalenorganischen stickstoff‐dauerdüngungsversuchberlin‐dahlem nach drei fruchtfolgerotationenHeinz Peschke a , Stefanie Mollenhauer a , Wolfgang Köhn a & Paul Limberg aa Humboldt‐Universität, Landwirtschaftlich‐Gärtnerische Fakultät , BerlinPublished online: 15 Dec 2008.

To cite this article: Heinz Peschke , Stefanie Mollenhauer , Wolfgang Köhn & Paul Limberg (1997) Entwicklungvon bodenkennwerten im internationalen organischen stickstoff‐dauerdüngungsversuch berlin‐dahlem nach dreifruchtfolgerotationen, Archives of Agronomy and Soil Science, 42:1, 3-10, DOI: 10.1080/03650349709385706

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Arch. Acker- Pfl. Boden., 1997, Vol. 42, pp. 3-10 © 1997 OPA (Overseas Publishers Association)Reprints available directly from the publisher Amsterdam B.V. Published in The NetherlandsPhotocopying permitted by license only by Harwood Academic Publishers

Printed in India

ENTWICKLUNG VON BODENKENNWERTEN IMINTERNATIONALEN ORGANISCHEN STICKSTOFF-

DAUERDÜNGUNGSVERSUCH BERLIN-DAHLEMNACH DREI FRUCHTFOLGEROTATIONEN

HEINZ PESCHKE, STEFANIE MOLLENHAUER, WOLFGANG KÖHN

und PAUL LIMBERG

Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät

(Received 3 May 1997)

Nach neun Versuchsjahren wurde im IOSDV eine Statusuntersuchung zu ausgewählten chemischenKennwerten des Bodens vorgenommen. Der Ct-Gehalt der ungedüngten Variante hat sich bisher auf 630mg Ct/100 g Boden eingestellt. Bei Prüfgliedern mit organischer Düngung steigt der C-Gehalt bis auf 906mg/100 g Boden an. Es gibt eine enge Korrelation zum heißwasserlöslichen Kohlenstoffgehalt. WeitereNorg-Werte wurden ermittelt. Die Fulvosäure- und Huminsäure-C-Gehalte der organischen Substanz fol-gen den Ct-Werten. Die Unterschiede im P-, K- und Mg-Gehalt sind durch die inzwischen stärkereDifferenzierung im Ernteentzug geprägt. Es werden bodenbiologische Kenndaten angegeben.

STICHWÖRTER: Dauerfeldversuch, Düngung, Kohlenstoff, Humusfraktionen, Stickstoff, Nährstoffe

DEVELOPMENT OF SOIL CHARACTERISTICS OF THE INTERNATIONALORGANIC NITROGEN LONG-TERM FERTILIZATION EXPERIMENT

(IOSDV) IN BERLIN-DAHLEM AFTER THREE CROP ROTATIONS

The International Organic Nitrogen Long-Term Fertilization Experiment (IOSDV) is the subject of thisstudy. Different carbon fractions, like total carbon (Ct) and hot water soluble carbon (Cbwl), organic nitro-gen (Norg) and macro nutrients were investigated in soil samples after 9 years of duration. The Ct-content ofthe non-fertilized treatment is 630 mg · 100 g -1 soil. Depending on both, the application rate and form oforganic fertilizers, the Ct-content reached a maximum value of 906 mg C · 100 g-1 soil. There was a signifi-cant positive correlation between the Ct- and Cbwl-values, as well as between the Ct and the carbon contentof the fulvic and humic acid extracts of soils. Observed differences in the contents of P, K and Mg in soilswere caused by an increased variation of nutrient uptake of the plants. The respiration of soil was tested.

KEYWORDS: Long-term experiment, fertilization, carbon, humus fractions, nitrogen, nutrients

1. EINLEITUNG

Über den Wert der Dauerversuche für die Bodenfruchtbarkeitsforschung, insbeson-dere für den Nachweis einer nachhaltigen Bodennutzung, besteht in der Fachwelt

Prof. Dr. H. Peschke, Institut für Pflanzenbauwissenschaften der Humboldt-Universität zu Berlin,Invalidenstr. 42, D-l 0115 Berlin

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4 H. PESCHKE «a/.

kein Zweifel (Körschens, 1994). Bei langjährigen statischen Feldversuchen verändernsich verschiedene Bodenmerkmale gegenüber den Anfangswerten und zunehmendzwischen extrem behandelten Prüf gliedern (Peschke et ah, 1991). Der InternationaleOrganische Stickstoffdauerdüngungsversuch Berlin-Dahlem wurde 1986 angelegt(Köhn und Limberg, 1996). Nach drei Fruchtfolgerotationen, d.h. nach 9 Versuchs-jahren soll geprüft werden, ob und in welchem Ausmaß bereits nach dieserVersuchsdauer Veränderungen in relevanten Bodenkennwerten auszuweisen sind.

2. MATERIAL UND METHODEN

Die Standortverhältnisse des mit durchschnittlich 566 mm Niederschlag versorgtenschluffigen Sandbodens (Albic Luvisol) und der Versuchsaufbau sind durch Köhnund Limberg (1996) beschrieben. Aus dem umfänglichen Gesamtprogramm wurdensechs Prüfglieder ausgewählt, die verschiedenen Bewirtschaftungsregimes entsprech-en (Tab. 1) (Peschke et al, 1995, Peschke und Mollenhauer, 1996).

Die Bodenproben wurden nach der Weizenernte 1994 entnommen, anteiliggetfocknet und eingefroren. Die Methoden der Bodenuntersuchung sind in Tabelle 2aufgelistet.

3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION

Für die nachfolgend aufgezeigte Differenzierung der Untersuchungsresultate ist zumeinen der Einfluß der prüfgliedbezogenen Behandlung auf die Reproduktion der

Tabellel Varianten- und DüngungsplanTable I Plan of treatments and fertilization

Variante

1

234

5

6

OhneDüngungMineraldüngerStallmistMineraldünger+StallmistRübenblatt+ Stroh*3

+ ÖlrettichMineraldünger+Rübenblatt+ Stroh*3

+Ölrettich

MineralischeN-Düngung

kgha-a*'*2

0160

0

110

0

110

Organische Düngungzur Fruchtfolgerotation

tFMIha-3a

00

30

3025

2x6

252 x 6

kgNIhaSa

00

232

232100230

nach Aufwuchs

100230

nach Aufwuchs

N-Zufuhrinsgesamt

kglha- Rotation

0430232

522309

597

*' Kartoffeln 150 bzw. 100, Sommergerste 120 bzw. 80 kg N/ha•2 Grunddüngung: Kartoffeln 26 kg P/ha, 149 kg K/ha

Getreide 26 kg P/ha, 100 kg K/ha*' N-Ausgleich 11 Stroh = 10 kg N

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IOSDV BERLIN-DAHLEM

Tabelle 2 Übersicht über die LabormethodenTable 2 View of the laboratory methods

C, organisch gebundener Kohlenstoff, trockene Verbrennung, 1000°C[S tröhlein- Apparatur]

Ct organisch gebundener Kohlenstoff nasse Verbrennung, K2Cr2O7(Tjurin u. Simakov, 1951)

Humus- über Na4P2O7 (Kononova u. Belcikova, 1961),fraktionierung bei Vorfraktiomerung=FS|UndH¡J I (Djakonova, 1984)

FS = FulvosäureHS = HuminsäureNeS = nicht extrahierbare Substanz

N, Gesamtstickstoff Naßaufschluß (Kjeldahl)Nmin acidimetrische Destillation (Cotte u. Kahane, 1946)(NH4-+NO3-N) [Büchi-Apparatur]C,,.,, heißwasserlöslicher C-Anteil der organischen Bodensubstanz (Behm, 1988)CaCl2 0,01 M CaClj-Exrraktion (Houba et ai, 1990)EUF Elektro-Ultrafiltration (Nemeth, 1976) [Bodengesundheitsdienst]Respiration CO2-Exhalation 12 d, bei Saccharose- und Ammoniumnitratzusatz

(Novak, 1970)PDL, KDU P- und K-Gehalt Doppellaktatextraktion

organischen Bodensubstanz sowie deren Auswirkung auf die biologische Aktivität desBodens ausschlaggebend. Zum anderen, auch in Rückkopplung, ist der inzwischeneingetretene Nährstoffstatus das Ergebnis von düngungsverursachter unterschiedlich-er Nährstoffzufuhr und über Ertragsabweichungen veränderter Nährstoffabfuhren.In der Prüfgliedauflistung gibt es im Grunde keine Standard-variante. Einer solchenBezugsgröße kommt die Variante "N-Mineraldünger+Stallmist" im Sinne einerintegrierten Pflanzenproduktion am ehesten nahe.

3.1. Entwicklung des Kohlenstoff-und Stickstoffgehaltes

Trotz der für einen Dauerversuch noch kurzen Auswertungszeit ist bereits eineDifferenzierung im Ct-Gehalt festzustellen (Tab. 3). Deutlich hebt sich mit 906 mgCt/100 g Boden die kombinierte Variante "Mineraldünger + Rübenblatt" gefolgtvom Stallmist-Prüfglied ab, während die alleinige Rübenblatt/Stroh/Gründung-Düngung bereits abfällt. Der Rückgang der beiden Prüfglieder ' ohne organischeDüngung ist erwartungsgemäß. Der gleiche Trend, bei etwas unterschiedlichen C/N-Verhältnissen, ist im Gesamtstickstoffgehalt gegeben. Zu erwarten war, daß dieKombination "Mineraldünger + Stallmist" zumindest gleiche C-Werte wie dieVariante "Stallmist" erreicht. Dies deutet an, daß die Gesamtentwicklung noch nichtabgeschlossen ist.

Die heißwasserlöslichen C-Gehalte sowie die Norg-Werte sollen einen nachliefer-baren, leichtverfügbaren Anteil der organischen Bodensubstanz (OBS) darstellen(Gutser et al, 1989; Wodsak und Werner, 1991). Wenn davon auszugehen ist, daßfür alle Prüfglieder die Menge an inerter OBS gleich ist (Freytag, 1980; Körschens,1980), dann sind die Differenzen im Ct-Gehalt vor allem im umsetzbaren OBS-Anteilbegründet. Aus Untersuchungen von Krzysch und Caesar (1992) auf einem 66jähri-gen Dauerversuch auf der Nachbarfläche ist zu entnehmen, daß der inerte Gehalt beietwa 400 mg C/100 g Boden liegt. Insoweit ist eine Korrespondenz zum Chwl-Gehalt

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H.PESCHKEera/ .

Tabelle 3 Kohlenstoff- und Stickstoffgéhalt in mg/100 g BodenTable 3 Content of carbon and nitrogen mg/100 g soil

Prüf-glied

123456

Variante

Ohne DüngungMineraldüngerStallmistMineraldünger + StallmistRübenblatt / Gründung / StrohMineraldünger + Rübenblatt /Gründung / Stroh

er

630650828770698906 •

51,355,060,359,363,067,3

CIN

12,311,813,713,011,113,5

17,2520,7522,7521,2519,8726,00

N

192229252318

Nor„£UF

1,721,692,071,661,721,68

• trockene Verbrennung

vorhanden (Abb. 1). Bei den gemessenen Norg-Werten fällt dagegen die Variante 6ab, während die in der Versuchsperiode dreimalige Stallmistgabe für beide Norg-Analysen die höchsten mg-Werte ergibt (Tab. 3).

Die Summe des Kohlenstoffgehaltes der Humusfraktionen (Tab. 4) folgt in derTendenz den vorgenannten Ct-Gehalten. Allgemein sind der große Anteil der labilenCFSI-Fraktion und die insgesamt hohen Werte der CNeS-Fraktion herauszustellen. Eswiederholen sich die höchsten absoluten Fulvo- und Huminsäureresultate beider Stallmistdüngung und der kombinierten Mineraldünger + Rübenblatt... -Gabe. Jedoch sind die prozentualen Spannen der einzelnen Extraktionsstufen mit19,3 - 21,4% bei der FS, 23,6 - 26,5% bei der HS und 52,5 - 57,1% bei der NeS zwi-schen den Prüfgliedern im Vergleich mit den Angaben aus dem standortmäßigannähernd vergleichbaren, allerdings älteren Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch(Kretschmann et ah, 1991) noch sehr eng. Dies bedeutet, daß die qualitativenVeränderungen in der Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz erst inAnsätzen vorhanden sind und das System noch nicht stabil ist.

mg

26

24

22

20

18

1

Chwl/100g Boden

r2 =2.454X + 0.0250.86

300 650 700 750 800 850mg Ct /100g Boden

900 950

Abb. 1 Beziehung zwischen C,-Gehalt und heißwasserlöslichem C-Gehalt des BodensFig. 1 Correlation between C,-content and hot water soluble C-content of the soil

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lOSDV BERLIN-DAHLEM

Tabelle 4 Humusfraktionierung in mg C/1Ó0 g BodenTable 4 Fraction of humus mg C/100 g soil

1

2

3

4

5

6

OhneDüngung

Mineraldünger

Stallmist

Mineraldünger+Stallmist

Rübenblatt / Gründung /Stroh

Mineraldüneer+Rüben-

415100%

472100%

499100%

435100%

471100%

511

40,8

42,6

50,2

46,0

43,6

46.2

45,5

48,5

53,5

46,9

56,0

61.9

Prüf- Variante Cz CFSI CFSII CFSZ CHSI CHSI, CHSZ CNrS

glied 100%

86,3 32,9 68,6 101,5 227,220,8% 24,5% 54,7%

91,1 35,7 75,7 111,4 269,519,3% 23,6% 57,1%

103,7 41,3 91,0 132,3 263,020,8% 26,5% 52,7%

92,9 36,5 77,3 113,8 228,321,4% 26,2% 52,5%

99,6 34,3 82,4 116,7 254,721,1%. 24,8% 54,1%

108,1 35,9 88,0 123,9 279,0blatt/Gründung / Stroh 100% 21,2% 24,3% 54,6%

Im Stickstoffgehalt der Humusfraktionen kommt es gegenüber den vorgenanntenC-Gehalten zu Verschiebungen (Tab. 5). So ist der prozentuale Anteil in derFulvosäure in der Regel größer als in der Huminsäuren. Die nicht extrahierbareSubstanz ist deutlich stickstoffärmer. Beide Stallmist-Prüfglieder haben die größtenNFS- und NHS-Gehalte.

3.2. Nährstoffgehalt

Eine Nährstoffbilanz über den 9jährigen Zeitraum steht noch aus. Gleichwohl erhiel-ten alle Prüfglieder einheitlich eine mineralische Düngung von insgesamt 234 kg/haP und 1047 kg/ha K, zusätzliche P- und K-Mengen wurden über die organische

Tabelle 5 Humusfraktionierung in mg N/100 g BodenTable 5 Fraction of humus mg N/100 g soil

Prüf- Variante Nz NFSI NFS„ NFSZ NHSI NHS„- NHSZ NUlS

glied 100%

1 Ohne 35,92 3,85 8,11 11,96 3,18 7,62 10,80 13,16Düngung 100% 33,3% 30,1% 36,6%

2 Mineraldünger 39,30 4,58 8,17 12,75 3,73 8,49 . 12,22 14,33100% 32,4% 31,1% 36,5%

3 Stallmist 52,25 12,55 8,51 21,06 7,79 8,05 15,84 15,35100% 40,3% 30,3% 29,4%

4 Mineraldünger 48,22 12,26 6,56 18,82 7,44 7,80 15,24 14,16+ Stallmist 100% 39,0% 31,6% 29,4%

5 Rübenblatt / Gründung / 42,20 6,36 8,90 15,26 3,91 8,70 12,61 14,33Stroh 100% 36,2% 29,9% 33,9%

6 Mineraldünger+Rübenblatt / 45,40 6,80 10,70 17,50 4,00 8,90 12,90 15,00Gründung/Stroh 100% 38,5% 28,4% 33,1%

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Düngung zugeführt. Nach den drei Rotationen zeigt sich teilweise eine erheblicheVeränderung im Nährstoffgehalt (Tab. 6). Wird sie mit den abgestuftenErnteerträgen (Köhn und Limberg, 1996; Peschke und Mollenhauer, 1996) ver-glichen, dann ist unschwer zu erkennen, daß die klar herauszustellenden hohenKartoffel-, Weizen- und Gerstenerträge der Varianten "Mineraldünger", "Mineral-dünger + Stallmist" und "Mineraldünger + Rübenblatt..." zu größeren P- und nochmehr K-Entzügen führten. Daraus lassen sich die Bodenwerte bei Phosphor undMagnesium im Paarvergleich "Mineraldünger + organische Düngung" und alleinige"organische Düngung" zugunsten der letztgenannten erklären. Im DL-Kaliumgehaltist das reziproke Verhältnis von Ertragshöhe und K-Versorgungszustand zu ver-merken. Dieser Bezug ist in der EUF-Analyse für K 1+2 und P 1+2 ebenfalls zuerkennen (Tab. 7).

3.3. Bodenbiologische Kenndaten

Ein summarisches Maß für die bodenbiologische Aktivität ist die Bodenatmung. DieCO2-Exhalation durch Bakterien, Pilze, Algen und Protozoen ist das Resultat des

Tabelle 6 Bodenreaktion und NährstoffgehaltTable 6 Soil reaction and content of nutrient

Prüf-glied

1

234

5

6

Variante

OhneDüngungMineraldüngerStallmistMineraldünger+StallmistRübenblatt / Gründung /StrohMineraldünger+Rübenblatt/Gründung / Stroh

pH

5,9

5,65,85,6

5,5

5,3

POLmg/100 g B.

13,8

11,523,217,0

14,0

13,1

KDLmg/100 g B.

10,2

6,811,18,2

10,7

8,2

M9caCUmg/100 g B.

3,7

3,05,64,8

3,7

3,4

Tabelle 7 Nährstoffgehalt EUF-Analyse in mg/100 g BodenTable 7 Content of nutrient EUF-analysis mg/100 g soil

Prüf-glied

1

234

5

6

Variante

OhneDüngungMineraldüngerStallmistMineraldünger+StallmistRübenblatt / Gründung /StrohMineraldünger+Rübenblatt/Gründung / Stroh

"EUF

3,68

3,134,753,58

3,72

3,42

p2r EUF

2,28

2,613,903,07

2,91

2,21

PEUFQuotient

0,62

0,830,820,86

0,78

0,65

K'EUF

8,1

5,57,96,4

7,7

5,6

K'EUF

2,1

1,92,92,0

2,6

1,6

KEUFQuotient

0,26

0,350,370,31

0,34

0,29

Mg£UF

1,99

1,692,362,34

1,67

1,71

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Abbaus organischer Primär- und Bodensubstanz bzw. in diesem Laborexperimentauch der Saccharose. Die Grundatmung ist in der ungedüngten Variante am höch-sten, sie fällt in den Prüfgliedern 3, 4, 5 und 6 ab (Tab. 8). Durch Variabilität im Ct-Gehalt erweitert sich die Spanne der Basalatmung von 0,73 mg C/g Ct "ungedüngt"bis zu 0,25 mg C/g Ct "Mineraldünger + Rübenblatt/Stroh/Gründung". Mit der sub-stratinduzierten Respirationsmessung (Novak, 1970) ist die potentielle CO2-Freigabeangezeigt; die Werte liegen im Bereich zwischen 3,03 und 3,59 mg C/100 g Boden.Die höhere CO,-Produktion haben die Prüfglieder 4, 5 und 6. Der Quotient vonpotentieller und Grundatmung soll ein Ausdruck der Stabilität der organischenBodensubstanz sein (Novak, 1970). Wenn die Stabilität mit dem Anstieg dieserVerhältniszahl abnimmt, dann ist hier eine Reihung entsprechend der Prüfgliedfolgezu verzeichnen. Die Varianten mit Rübenblatt/Stroh/Gründung-Versorgung habenmit niedrigster Grund- und höchster potentieller Atmung den größten P/G-Wert. Esgibt hier eine Parallelität zur Aussage des metabolischen Quotienten (Oberdoersterei al., 1997) als indirektes Maß für die energetische Effizienz der Mikroorganis-mengesellschaft. Dabei sind die Umsatzleistungen analog umso größer, je kleinerdieser qCO2-Wert ist. Die C-Abbaurate korrespondiert mit dem P/G-Quotienten,d.h. mit den höheren P/G-Werten nimmt die C-Dekomposition zu.

3.4. Abschließende Bemerkung

Unter Berücksichtigung aller hier vorliegenden Untersuchungsergebnisse kann dieThese von Köhn und Limberg (1996) gestützt werden, daß zunächst dieGleichwertigkeit beider organischer Düngungssysteme angenommen werden kann.Dies bedeutet, daß auf diesen schluffigen Sandstandort die herkömmliche Stallmist-düngung durch eine Kombination (zeitliche Folge:) Stroh-, Ölrettich- undRübenblatt-Düngung, entsprechend einer viehlosen Betriebsführung, substituierbarist. Die darüberhinaus vorhandene positive Ertragsbeeinflussung der organischenDüngung pflanzlicher Herkunft ist u.a. dem größeren N-Angebot in der Frucht-folgerotation (Tab. 1) zuzuschreiben.

Tabelle 8 Respiration des BodensTable 8 Respiration of soil

Prüf-glied

1

234

5

6

Variante

OhneDüngungMineraldüngerStallmistMineraldünger+StallmistRübenblatt / Gründung /StrohMineraldünger+Rübenblatt /Gründung/ Stroh

Grundatmung (G)

mg CI100 g B. mg Clg C,

0,46

0,330,300,26

0,24

0,23

0,73

0,510,360,34

0,34

0,25

PotentielleAtmung (P)

mg CI100 g B.

3,03

3,153,063,27

3,55

3,59

PIG-Quotient

7,17

9,5510,0212,58

14,79

15,61

C-Abbaudes zugesetztenSaccharose-C

5,14

5,645,526,02

6,62

6,72

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10 H. PESCHKE et al.

Danksagung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat mit dem Projekt Pe 518/2 dieArbeiten finanziell unterstützt.

Literatur

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