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ZbI. Bakt. II. Abt., Bd. 133, S. 17 -33 (1978)
{Technische Universitat Dresden, Sektion Forstwirtschaft Tharandt, Bereich Bodenkunde undStandortslehre]
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration vonFichtenrohhumus auf phosphorarmen Mittelgebirgsstandorten
Microbiological and Chemical Investigations· into Amelioration of Spruce RawHumus on Phosphorus-deficient Sites in the Mittelgebirge
H. Mai und H. J. Fiedler
:Mit 4 Abbildungen
Summary
In spruce stands on quartz-porphyry sites raw humus is formed on strongly acid, calciumand phosphorus-deficient soils which were treated with lime, phosphate, and ammonium nitrateindividually and in combined form. The most favourable microbiological and chemical effect wasattained by CaNP fertilization, which is suitable for raising the yield of spruce stands with simultaneous amelioration of raw humus. The long-term effect of the phosphate is bound to simultaneousliming which ensures the persistence of phosphorus in the Ao horizon. The nitrification-based nitratecontent of the soil is increased in the variants CaN, CaNP and, to a somewhat lesser extent, also inNP. Simple treatment with N hardly raises the bacteria content, the combinations CaN, NP, andparticularly CaNP, on the other hand, give a favourable effect. Germination number and number ofspecies of actinomycetes are also furthered most effectively by CaNP. The percentage offungi in thetotal number of germs is reduced by fertilization without negatively influencing the species spectrum.Liming has a negative effect on the absolute germination number of the fungi, treatment with Ngives a positive effect. The metabolism conditioned by microbes in the raw humus is not activatedby N, moderately by NP, and strongly by CaNP.
Zusammenfassung
In Fichtenbestanden auf Quarzporphyrstandorten bildet sich auf den stark sauren, calcium- undphosphorarmen Boden Rohhumus aus, der mit Kalk, Phosphat und Kalkammonsalpeter einzelnund kombiniert gedungt wurde. Den gunstigsten mikrobiologischen und chemischen Effekt rief dieCaNP-Dungung hervor, die sich zur Ertragssteigerung der Fichtenbestande bei gleichzeitiger Rohhumusmelioration eignet. Die langfristige Wirkung des Phosphats ist an die gleichzeitige Kalkunggebunden, die das Verbleiben des Phosphors im Aufiagehumus gewahrleistet. Der auf Nitrifikationberuhende Nitratgehalt des Bodens ist in den Prufgliedern CaN, CaNP und etwas schwacher auchbei NP erhoht. N-Dungung allein steigert den Bakteriengehalt kaum, dagegen wirken die Kombinationen CaN, NP und besonders CaNP gunstig. Keimzahl und Artenzahl der Aktinomyzeten werdengleichfalls durch CaNP am starksten gefOrdert. Der Anteil der Pilze an der Gesamtkeimzahl wirddurch Dungung reduziert, ohne dal3 das Artenspektrum negativ beeinflul3t wird. Kalkung wirkt aufdie absoluten Keimzahlen der Pilze negativ, Stickstoffdiingung positiv. Der mikrobiell bedingteStoffumsatz im Rohhumus wird durch N kaum, durch NP mal3ig und durch CaNP stark aktiviert.
2 Zioi. Bakt. II. Abt., Bd.133
18 H. MAl und H. J. FIEDLER
1m Osterzgebirge tritt der Quarzporphyr groBflachig als bodenbildendes Grundgestein auf. Dieses saure ErguBgestein ist ex;trem phosphorarm und wird vorwiegendforstlich genutzt (NEBE 1974a, b). Zur Verbesserung der Ertragsleistung der auf diesenBoden verbreiteten Fichtenmonokulturen werden Dungungen mit Kalk, Phosphatund Stickstoff erprobt, weil Phosphormangel insbesondere in jungeren Bestandenhaufig mit N-Mangel gemeinsam auftritt, und die Kalkung in KOllibination mit Pund N-Dungung auf diesen sauren Standorten ertragswirksam ist (NEBE 1974). DasZiel der Untersuchungen besteht darin, eine Dungungstechnologie zu entwickeln, beider nicht nur diE Ertragsfahigkeit vorubergehend angehoben, sondern auch die Bodenfruchtbarkeit uber cine Rohhumusmelioration verbessert wird (NEBE n. FIEDLER1974). Fur zwei langfristig beobachtete Versuchsflachen, die zur Klarung der Beziehungen Boden-Baumemahrung-Holzertrag dienen (DIETRICH 1968, NEBE 1974a),werden im folgenden die Veranderungen mitgeteilt, die im Auflagehumus kurz- undlangfristig durch Dtingung ausgelost werden. Hierzu dienen chemisch-analytischeUntersuchungen zur Qualitat der organischen Substanz, des Nahrstoffgehaltes undder Aziditat des Bodens sowie Untersuchungen tiber Menge, Zusammensetzung undAktivitat der Bodenmikroflora. Bei der Beurteilung meliorativer Wirkungen der Dtingung kommt es vor allem auf die Nachhaltigkeit positiver chemischer und biologischerAnderungen an.
Diese Arbeiten wurden bereits 1967 an einem Dtingungsversuch im Revier Barenburg begonnen (MAl u. FIEDLER 1968, 1969) und 1972 und 1973 an derselben Versuchsflache fortgesetzt. 1972 galt es zu prtifen, inwieweit sich die mikrobiellen Verhaltnisse seit ihrer ersten Erfassung im Jahre 1967 verandert haben. Besonders interessiert dabei, ob die Phosphordtingung nach 6 Jahren noch nachhaltig wirkt. 1m Jahre1973 wurde die Versuchsflache emeut mit Stickstoff gedtingt und im Laufe der Vegetationsperiode untersucht, um die eintretenden Veranderungen der mikrobiellen undchemischen Verhaltnisse im Rohhumus nach einer Wiederholungsdtingung festzustellen. Da der Versuch "Barenburg" nur gestattet, die Wirkung des Phosphates in Kombination mit Stickstoff oder Kalk + Stickstoff zu erfassen, wurde im Versuch "Oberfrauendorf" die alleinige Phosphatwirkung unter vergleichbaren Standortsverhaltnissen zusatzlich crmittelt.
Material und Methoden
Zur Bestimmung del' Keimzahlen von Bakterien, mikroskopischen BJdenpilzen und Aktinomyzeten diente das KOCHsche PlattenguJ3verfahren (MULLER 1965, FIEDLER u. MAl 1973). Nahrmediumfur die ·Bakterien war Bodenextraktagar, fUr die Aktinomyzeten Glyzerin-Asparagin-Agar und fUrdie mikroskopischen Bodenpilze Biomalz-Agar. Die mikroskopischen Bodenpilze wurden nachGILMAN (1957) bis zur Gattung bzw. Art bestimmt. Zur Erfassung del' physiologischen AktivitatenZellulosezersetzung, Harnstoffabbau und Nitrifikation diente del' Rohrchentest nach PoCHON (1954)und zur Erfassung del' CO2-Produktion die Methode nach ISERMEYER (1952).
Ferner wurden an den Humusproben ermittelt: Feuchtigkeitsgehalt, G1uhverlust (600°C); diepH·Werte in destilliertem Wasser und in 1 N KCI-Losung mit del' G1aselektrode; del' Kohlenstoffgehalt durch die trockene Verbrennung nach LADEMANN in del' Apparatur del' Fa. Strohlein; del'Gesamtstickstoff nach KJELDAHL. Del' P-Gehalt wurde aus dem fur die N-Bestimmung angesetztenKjeldahl-AufschluJ3 kolorimetrisch mit Hilfe des Molybdat-Vanadat-Reagenzes bestimmt. Zur Ermittlung des loslichen Stickstoffes in Form von Ammonium und Nitrat wurde del' Boden mit Kaliumaluminiumsulfat extrahiert. 1m Extrakt wurde mit dem Destillationsverfahren nach BREl\I.NERund SHAW unter Zugabe von MgO del' Ammoniumstickstoff und durch Reduktion mit DevardasLegierung del' Nitratstickstoff erfaflt (s. a. STOCKER 1971).
Die Keimzahlen und del' CO2-Gehalt wurden auf 1 g organische Substanz (G1uhverlust) umgerechnet. Alle Versuchsergebnisse wurden varianzanalytisch (DUNCAN-Test) verrechnet (WEBER1972).
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 19
Die Versuchsflache im Revier Barenburg, Abt. 33b 2, liegt innerhalb der Standortsform desmal3ig frischen Altenberger Quarzporphyr-Podsols und gehort zur Standortsgruppe der durchschnittlich wasserversorgten, ziemlich armen Standorte der mittleren Berglagen (680 m liber NN) mit feuchtern Klima (Standortsform: AI P 5, Standortsgruppe: Mf Z 2). Der Bodentyp ist Braunerde-Podsol,die Bodenart steinig-grusig-sandiger Lehm, die Humusform Rohhumus. Der Fichtenbestand war197276 Jahre alt und entsprach der Ertragsklasse IV/2. Die Phosphatversorgung des unbehandeltenBodens ist sehr gering (NEBE 1968). Standorts- und Bestandesverhaltnisse sowie die Versuchsanlage wurden von DIETRICH (1968), NEBE (1968) sowie NEBE u. FIEDLER (1974) naher beschrieben.
Jm Jahre 1966 wurde von NEBE ein Teil der bereits 1961 gekalkten sowie der unbehandeltenParzellen zusatzlich mit Stickstoff und Phosphor gediingt. Die Versuchsflache setzt sich jetzt ausje vier Wiederholungen der Priifglieder 0, Ca, NP und CaNP und je drei der Priifglieder N und CaNzusammen. 1968 und 1973 wurden die Parzellen aller N-haltigen Priifglieder mit etwa 165 kg N/hanachgediingt.
Die Diingermengen betragen:
Priifglied
CaNCaNNPCaNP
Diingung: CaO 1961, N und P 1966
3000 kg CaO/ha165 kg N/ha
3000 kg CaO + 16.9 kg N/ha165 kg N + 175 kg P 20s/ha
3000 kg CaO + 165 kg N+ 175 kg P 20s/ha
N-Diingung1968
163163163163
N-Nachdiingung(kg N/ha) 1973
167167167167
Ca wurde als Hermsdorfer Branntkalk mit 63 % CaO (1/4 bis 1/3 davon als MgO), N als Kalkammonsalpeter mit 25% N und Pals Thomasphosphat mit 16% P 20 S gegeben.
Der Versuch Oberfrauendorf, Abt. 68, wurde 1963 von NEBE angelegt. Die Standortsbedingungenentsprechen weitgehend denen der Versuchsflache Barenburg (Standortsgruppe Mf Z 2). Das Alterder Fichten betrug im Untersuchungsjahr 1972 47 Jahre. Der Versuch umfal3t die Priifglieder 0, P,NP und NPK in jeweils flinffacher Wiederholung, wobei das Prufglied NPK nicht mit in diese Untersuchungen einbezogen wurde.
Die Phosphatdiingung erfolgte mit 100 kg P 20 S in Form von Superphosphat im Herbst 1963.Stickstoff wurde am 6. 5. 1964 in Form von Ammoniumsulfat und am 24. 4. 1967 und 2.5. 1968 alsKalkammonsalpeter entsprechend 100 kg N/ha gediingt. Die letzte N-Diingung lag also im Untersuchungsjahr 1972 bereits 4 Jahre zurlick.
Von jeder Parzelle der beiden Versuche wurden an je drei Terminen je Untersuchungsjahr10 Einzelproben aus dem Or-Horizont entnommen und zu einer Mischprobe vereinigt. Die Probenfur die Versuchsflachen Barenburg und Oberfrauendorf wurden 1972 an denselben Terminen entnommen, so dal3 auch die gleichen Witterungsverhaltnisse vorliegen. Die Probenentnahmetermineflir die beiden Versuchsflachen Barenburg und Oberfrauendorf im Jahre 1972 sind: 19. 7., 22. 8.,10. 10. und im Jahre 1973 fUr den Versuch Barenburg 17. 7. (1),15.8. (II) und 18. 9. (III). Die Feuchtigkeitsgehalte in Prozent von 1 g absolut trockenem Boden schwankten 1972 zwischen 84 und 157 %und 1973 von 75 bis 137 %.
Ergebnisse
1. Versuch Barenburg
1.1. pH-Werte
AIle DiingungsmaBnahmen fiihren zu einem Anstieg der pH-Werte (Abb. 1, Tabelle 1). Die Differenzen gegeniiber dem Priifglied ,,0" sind bei pH (KCl) sowohl1967als auch 1972 in allen Priifgliedern hochsignifikant mit Ausnahme des Priifgliedes N.Die hOchsten pH-Werte sind im Priifglied CaNP anzutreffen, das den Varianten Ca,
2"
20 H. MAl und H. J. FIEDLER
7
2
3
C/: % ~~ ~
~ ~ ~ ~C/: /: ~
~ /: ~ bd 196/. /. /. ~
/. ~ 1lJl197~ /. ~ /. ~
~197/. ~ ~ ~ ~/: /.
/. ~ ~~
~/: ~
~/. /. ~ ~
3
1
o N Co CaN NP CaNP
Abb.1. pH(KCI)-Werte, Yersuch Barenburg, Or-Horizont (Mittelwert von vier Entnahmeterminen1967, je drei 1967 und 1973).
Tabelle 1. pH(H20)-Werte, Yersuch Barenburg, Or-Horizont
Priifglied
oNCaCaNNPCaNP
1967
x Sicherunggegeniiber
0"
4,14,4 _1)
5,4 ++5,5 ++5,2 +6,0 +++
1972
4,34,55,05,04,85,7
Sicherunggegeniiber,,0"
+++++++++++++
1973
4,45,05,05,15,05,2
Sicherunggegeniibf'r,,0"
+++++++++++++++
1) Die Zeichen bedeuten in dieser sowie in den folgenden Tabellen:
keine Sicherung,+ mit P < 5 % der "O"-Yariante gesichert iiberlegen,Omit P < 5% der "O"-Yariante unterlegen,++ bzw. 00 mit P < 1 % gesichert,+ + + bzw. 000 mit P < 0,1 % gesichert.
CaN und NP gesichert iiberlegen ist. 1973 sind nach der N-Nachdiingung auch diepH-Werte im Priifglied N signifikant angestiegen. Vergleicht man die pH-Werte derJahre 1972 und 1973 mit denen von 1967 (s. Abb. 1), so ergibt sich sowohl bei Messungin KCI als auch in H 20 eine Abnahme in den Priifgliedern Ca, CaN, NP und CaNP.Die Rangordnung zwischen den Priifgliedern ist aber gleich geblieben. 1967 sind diepH(KCI)-Werte im Priifglied NP fast genauso hoch wie im Priifglied Ca, was derWirkung des Thomasphosphats zuzuschreiben sein diirfte. 1972 sind aber aIle gekalkten Priifglieder der NP-Diingung hochsignifikant iiberlegen. 1973 sind die Relationeninfolge der N-Nachdiingung verandert. Die Grundkalkung liegt 1972 bereits 11 Jahre
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 21
zuriick, macht sich aber noch deutlich in der pH-Wert-Erh6hung bemerkbar. Allerdings klingt die Wirkung der Dungung auf den pH-Wert innerhalb der 6 Jahre von1967 bis 1973 in den Kalk- und Phosphor-Varianten merklich abo
1.2. Gesamtgehalte an C, N und P sowie C/N-, C/P- und N/P-VerhiiJtnisse; loslicherStickstoff
Der Kohlenstoffgehalt geht durch die Dungung mit Kalk und auch mit Phosphorin den Jahren 1967, 1972 und 1973 in gesichertem Mafie zuruck (Tabelle 2). Der Gesamtstickstoffgehalt, bezogen auf Bodensubstanz, weist in den drei Unter:;,uchungsjahren keine signifikanten Veranderungen durch die Diingungsmafinahmen auf. Bezieht man jedoch den prozentualen Stickstoffgehalt auf die organische Substanz, soerh6hen sich die Werte in allen gediingten Parzellen signifikant gegeniiber den ungediingten. Am starksten ist diese Zunahme sowohl 1972 als auch 1973 im PriifgliedCaNP, das allen iibrig-en Varianten gesichert iiberlegen ist.
Die C/N-Verhaltnisse verengen sich im Or-Horizont beim Prufglied CaNP am stark.sten, in geringerem Mafie in den Priifgliedern Ca, CaN und NP. Die Dungung mit Stick.stoff allein wirkt sich mit Ausnahme der Untersuchungen von 1973 kaum auf das C/NVerhaltnis aus.
Der Phosphorgehalt (Tabelle 3), der 1972 an drei Terminen untersucht wurde, hatsich im Priifglied NP nicht signifikant gegenuber ,,0" erhoht. Ein mit P < 0,1 % gesicherter Anstieg des Phosphorgehaltes ist jedoch im Prufglied "CaNP" zu verzeichnen. Offenbar war der Phosphor innerhalb der 6 Jahre nach seiner Ausbringung indem sauren Rohhumus bis auf einige Reste ausgewaschen. Er kann sich nur in Verbindung mit einer Kalkung im Priifglied "CaNP" halten. Da 1972 der P-Gehalt imPriifglied NP durch einige "Ausreifier" stark streute, wurde er 1973 in den Priifgliedern 0, NP und CaNP erneut gemessen. Es ergeben sich dabei dieselben Relationenzwischen den Prufgliedern wie 1972. Der P-Gehalt ist im Prufglied NP wiederum nichtgesichert erhoht. Die Diingerkombination CaNP ist auch 1973 den anderen Priifgliedern gesichert iiberlegen. Die C/P- sowie N/P-Verhaltnisse verengen sich im Priifglied CaNP sehr stark gegeniiber 0.
Der Gehalt an Ammoniumstickstoff nimmt 1972 in allen Diingungspriifgliedern auGer NP - signifikant gegeniiber °abo Die CaNP-Diingung bewirkt im VergJeichzu den Priifgliedern Ca und CaN einen mit P < 5 % gesicherten Riickgang des Ammoniumstickstoffgehaltes und gegeniiber 0, N und NP eine mit P<O,1 % gesicherteAbnahme.
Der Nitratstickstoffgehalt (Abb. 2) nimmt 1972 im Gegensatz zum Ammoniumstickstoffgehalt durch die Diingungsmafinahmen - aufier bei alleiniger N-Dungung- in gesichertem Mafie zu. Das zeigt sich am deutlichsten im Priifglied CaNP, dasden Priifgliedern 0, N, Ca, NP mit P < 0,1 %und CaN mit P < 1% Sicherung iiberlegen ist. Die alleinige N-Diingung wirkt nicht positiv. Die Kombination von Ca undN fiihrt im Vergleich zur reinen Kalkung zu einer mit P < 5 %gesichert hoheren Nitratstickstoffmenge. Die Ammoniumstickstoffgehalte der drei Untersuchungsterminevon 1973 sind in Abb. 3 wiedergegeben. Zum 1. Termin 1973 (reichlich zwei Monatenach der Diingung) ist in allen mit Stickstoff nachgediingten Priifgliedern ein wesentlich h6herer Ammoniumstickstoffgehalt festzustellen als in den Priifgliedern °undCa. Die Differenzen sind mit P<O,l % gesichert. Die hOchsten Ammoniumstickstoffwerte sind im Priifglied N zu verzeichnen. Der Nitratstickstoffgehalt ist zum 1. Termin im Priifglied N gegeniiber °nicht signifikant erh6ht, da da~ Nitrat wahrscheinlich schon ausgewaschen ist. Ein hochsignifikanter Anstieg des Nitratstickstoffgehaltes ist lediglich in den Priifgliedern CaN und CaNP zu verzeichnen. Das Priifglied
22 H. MAl und H. J. FIEDLER
Tabelle 2. C- und N-Geha1t, C/N-Verha1tnisse und G1iihver1ust (G v), Versueh Barenburg,Ot-Hori.
Priifg1ied 1967 1972
C Nt C/N C Nt C/N Gv
X (Siehe- x (Siehe- X (Siehe-rung) rung) rung)
0 47,9 1,71 28,0 44,7 1,77 25,3 81,7N 47,6 1,71 27,8 43,8 0 1,79 24,5 81,1Ca 44,1 000 1,70 25,9 42,8 000 1,73 24,7 75,5 000CaN 43,0 000 1,69 25,4 42,7 000 1,80 23,7 77,8 000NP 44,0 000 1,65 26,7 43,4 000 1,79 24,2 77,8 000CaNP 40,1 000 1,62 24,8 39,3 000 1,76 22,3 72,3 000
Tabelle 3. P-Geha1t des Ot-Horizontes, Versueh Barenburg (in % der Troekensubstanz)
Priifg1ied 1972 1973
P C/P NIP P C/P NIP
0 0,14 319 12,6 0,10 479 18,0N 0,13 337 13,8Ca 0,14 306 12,4CaN 0,15 285 12,0NP 0,18 241 9,9 0,12 385 16,2CaNP 0,33 +++ 119 5,3 0,24 178 7,6
CaNP ist allen anderen Prtifgliedern iiberlegen. Das Priifglied NP zeigt eine nichtgesicherte Zunahme des Nitratstickstoffgehaltes.
Zum 2. Termin 1973 (drei Monate nach der N-Diingung) ist der Ammoniumstick· .stoffgehalt in den Priifgliedern N, CaN, NP und CaNP gegeniiber den Werten des l.Termines zuriickgegangen. Diese mit Stickstoff nachgediingten Varianten sind denPriifgliedern 0 und Ca im NH4-Gehalt signifikant iiberlegen.
mgN
40
30
20
10
Id Termin I
on Termin I
~Termin II
o N Co CaN NP (aNP
Abb. 2. Nitratstiekstoffgehalt, Versueh Barenburg 1973, Or-Horizont (in mg N je 100 g troekenenBodens).
Mikrobiologisehe und chemisehe Untersuchungen zur Melioration 23
zont, (Angaben bei C und Nt in % der Bodensubstanz, bei N GV in % der organisehen Substanz)
1973
NGV C Nt C/N G v NGV
:it (Siehe- :it (Siehe- :it (Siehe- :it (Siehe-rung) rung) rung) rung)
2,16 +++ 47,9 1,80 26,6 83,5 2,162,21 +++ 47,1 1,91 24,7 83,6 2,29 +2,32 +++ 44,0 000 1,82 24,2 78,7 0 2,32 ++2,32 +++ 45,3 000 1,86 24,4 77,7 0 2,41 ++2,31 +++ 46,2 000 1,94 23,8 80,7 2,41 +++2,45 +++ 42,6 000 1,83 23,3 75,0 0 2,45 +++
Der Nitratstickstoffgehalt ist zum 2. Termin in den Priifgliedern CaN, NP undCaNP signifikant h6her als in den Varianten 0, N und Ca.
Am 3. Entnahmetermin ist der Ammoniumstickstoffgehalt in allen mit Stickstoffnachgediingten ParzeUen weiter zuriickgegangen. Die Priifglieder N, CaN und NPsind den Priifgliedern °und Ca noch signifikant iiberlegen. 1m Priifglied N ist derAmmoniumstickstoffgehalt zu allen drei Untersuchungsterminen am h6chsten. DerNitratstickstoffgehalt (Abb. 2) ist zum 3. Termin gegeniiber dem 2. in den Priifgliedern CaN und CaNP nicht weiter angestiegen, sondern zuriickgegangen. Die Varianten CaN, NP und CaNP sind 'aber den Priifgliedern 0, N und Ca im Nitratgehaltnoch gesichert iiberlegen. Der Nitratstickstoffgehalt nimmt in den Priifgliedern CaNund CaNP vom 1. bis zum 3. Entnahmetermin ab, aber im Priifglied NP steigt er indemselben Zeitraum an.
'"
~~~ bJ TerminI~ I-~ !ill Terminn~ /.~ /.
~ ~TerminJl~ /.~ ~ 01'101-1'1~ /. ~~ ~
~
~~
~~
~ ~~ ~ /. ~ 8::V; :/.
10
30
mgN
70
so
o N (0 CaN NP (aNP
Abb.3. Summe NH4- und N03-N, Vcrsueh Barenburg 1973, Or-Horizont (in mg~; je 100 g trockenenBodells).
24 H. MAl und H. J. FIEDLER
Bildet man die Summe aus Amonium- und Nitratstickstoff (Abb. 3), so wird deutlich, daB sich die Werte fiir den gesamten IOslichen Stickstoff in den Prufgliedern N,CaN, NP und CaNP nicht sehr stark unterscheiden. Der Anteil des Nitratstickstoffesam Gesamtgehalt des loslichen Stickstoffes ist aber im Prufglied N sehr niedrig und imPrufglied CaNP am hochsten. Dieses Verhalten resultiert aus unterschiedlicher lntensitiit der Nitrifikation und bevorzugter Auswaschung und gegebenenfalls Aufnahmedes Nitrats.
1.3. Bodenmikrobiologische Untersuchungen
Die auf Bodene:x;traktagar ermittelten Bakterienzahlen der Untersuchungsjahre1967 und 1973 sind in Abb. 4 wiedergegeben. 1967 erhohen aIle DungungsmaBnahmendie Bakterienzahlen stark; nur zwischen den PrUfgliedern N und 0 bestehen keinegesicherten Unterschiede. Die hochsten Bakterienzahlen werden nach NP-Diingungund CaNP-Dungung erreicht. Beide Prufglieder sind nicht gesichert verschieden undallen anderen signifikant uberlegen. Die kombinierte CaN-Dungung ftihrt im Vergleich
Bakterien·Zahlen
200
150
100
so
~
b11967
EJ 19'73
Eo N ca CaN NP CONP
Abb.4. Bakterienzahlen, Versuch Barenburg, Or·Horizont (in 10000 je 1 g orgltllischer Sllb~hL'l·l.•
Mittelwerte von vier Entnahmeterminen 1967 und drei 1973).
Mikrobiologische nnd chemische Untersuchungen zur Melioration 25
mit Ca zu einer verstarkten Bakterienvermehrung. 1972 sind die Relationen zwischenden Prufgliedern ahnlich, 'aber die Bakterienzahlen des Priifgliedes NP sind wesentlich geringer als 1967.
1973 bewirkt die Stickstoffnachdungung im Prufglied N einen mit P < 5 % gesicherten Anstieg der Bakterienzahlen. Die Priifglieder Ca, CaN und NP unterscheidensich nicht in gesichertem MaBe voneinander und sind den Prufgliedern 0 und N mitP<O,l % signifikant uberlegen. Das Prufglied CaNP weist gegenuber allen anderenDungungsvarianten eine hochsignifikante Zunahme der Bakterienzahlen auf.
Der relative Anteil der Bakterien an der GeS:l.mtkeimzahl nimmt 1967 in allenDungungsvarianten - auBer N - gegenuber 0 zu. 1972 und 1973 ist dieser Anteilim Priifglied CaNP am hochsten.
Die absoluten Keimzahlen der Aktinomyzeten nehmen in den drei Untersuchungsjahren in allen gedungten Parzellen mit Ausnahme der reinen Stickstoffdungunggegeniiber der Kontrolle stark zu (Tabelle 4). Bei NP-Diingung sind die Aktinomyzetenzahlen 1967 und 1972 gering im Vergleich zu den Kalkdiingungsvarianten. 1mPriifglied CaNP sind die Aktinomyzetenzahlen der drei Untersuchungsjahre denenaller anderen Prufglieder hochsignifikant iiberlegen.
Tabelle 4. Aktinomyzetenzahlen (Bodenextrakt-Agar), Versuch Barenburg, Or-Horizont (in 10000je 1 g organischer Substanz)
Priifglied 1967 1972 1973
x % x % x %
0 1 1,9 0,3 0,3 1 1,4N 2 2,:3 1 1,4 1 1,3Ca 10 7,8 17 +++ 9,2 6 +++ 4,4CaN 12 7,6 20 +++ 12,4 8 +++ 6,7NP 8 3,0 5 ++ 2,4 5 +++ 3,8CaNP 26 +++ 9,3 35 +++ 10,2 11 +++ 4,8
Fiir die Keimzahlen der mikroskopischen Bodenpilze (Tabelle 5) bestehen 1967keine gesicherten Unterschiede zwischen den Dungungsvarianten. Es deutet sich abereine Zunahme in den Prufgliedern N und NP an. Die Verhaltnisse sind 1972 starkerdifferenziert. 1m Priifglied N haben sich die Pilzzahlen signifikant erhOht, wahrend dieCaN- und CaNP-Diingung zu einer gesicherten Abnahme derselben fiihrt. 1973 verandert die erneute N-Dungung diese Relationen. Die Priifglieder N, CaN, NP undCaNP weisen einen Ruckgang der Pilzkeimzahlen auf.
Tabelle 5. Pilzzahlen, Versuch Barenburg, Or-Horizont (in 10000 je 1 g organischer Substanz)
Priifglied 1967 1972 1973
x % x % x %
0 36 69,2 35 34,4 48 69,6N 52 59,1 53 +++ 65,4 37 000 46,8Ca 34 26,6 30 16,0 43 31,9CaN 38 24,1 25 00 15,6 27 000 22,7NP 54 20,1 39 20,7 31 000 23,3CaNP 42 14,9 19000 5,6 26 000 11,2
Tabelle 6. Artenzusammensetzung der mikroskopischen Bodenpilze, Or-Horizont, Versuch Barenburg (Haufigkeitsstufen von 1-5 ansteigend) l:-:l~
Art 0 N Ca CaN NP CaNP~
1972 1973 1972 1973 1972 1973 1972 1973 1972 1973 1972 1973~
I. PhycomycetesIi>....>::
Mucorales ::>~
Mucor ramannianus 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 ~Mucor racemosus 1 1 2 1 - 1 1 - 1 - :-<Mortierella spec. I 1 1 - 1 1 1 1 - - 1 - I"JjMortierella spec. II - 1 1 1 1 - - ....- - - 1:0Zygorhynchus spec. 1 1 1 - - - t:I- - - - -- '"Rhizopus nigricans 1 2 I 1 1 1:0
- - - - ;0
II. Fungi imperfecti
MoniliaceaePenicillium S.M onoverticillata
spec. I 5 5 5 5 4 4 3 4 4 4 4 3spec. II 3 3 3 1 3 2 2 1 3 2 2 1spec. III 1 2 2 1 2 2 1 1 2 1 1 Ispec. IV 2 ., 2 2 2 2 2 1 1 1 1 I"Penicillium S.
Biverticillataspec. I 1 1 1 1 1 1 1 - 1 - 1spec. II 2 1 2 1 1 1 - - 2 - 1
Spicaria spec. I 3 2 2 1 2 1 1 1 2 1 2 1Spicaria spec. II 1 1 1 1 1 2 - 1Trichoderma koningi 1 1 1 2 1 1 1 1 1 3 2 2Trichoderma viride 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 - 2
DematiaceaePullularia pullulans 1 1 1 1 1 1 1Hormodendrum cladosporoidcs - - - - 1 1
III. Mycelia sterilia
Dunkelbraunes Myzel 1 1 1 1 - 1 - 1 1Weii3es Myzel 1 2 1 1 2 2 2 1 I
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 27
Der prozentuale Anteil der Pilzkeimzahlen geht in allen Dungungsvarianten gegenuber ,,0" zuruck, am starksten im Prufglied CaNP.
Die zahlenmaI3ig haufigsten Pilze gehoren zur Gattung Penicillium (Tabelle 6).Die Anzahl der Vertreter einiger Penicillium-Arten geht in den Ca-haltigen PrUfgliedern im Vergleich zu ,,0" etwas zuruck. Innerhalb der Fungi imperfecti herrschendie Moniliaceae vor, wahrend die Dematiaceae nur vereinzelt anzutreffen sind. Einigeseltenere Pilzarten kommen in den gedungten Parzellen etwas haufiger vor als in denungedungten. Insgesamt wird die Artenzahl durch die Dungung jedoch nicht verringert.
Die Artenzusammensetzung der Aktinomyzeten unterscheidet sich in den einzelnenPrufgliedern sehr deutlich (Tabelle 7). Wahrend 1972 im PrUfglied °nur drei Artenmit geringer Haufigkeit vorkommen, erweitert sich das Artenspektrum dUTch die Kalkung auf sechs. Die Kalkvarianten weisen nicht nur eine Erweiterung der Artenzahlauf, sondern auch eine starke Zunahme der Vertreter einzelner Arten. 1m PrufgliedNP hat sich 1972 zwar die Artenzahl vergro13ert, 1973 ist jedoch nur noch eine einzigeArt nachzuweisen. Zwischen den PrUfgliedern N und °bestehen keine Unterschiede,auch nicht nach der erneuten Kalkammonsalpeterdungung im Jahre 1973.
Tabelle 7. Artenzusammensetzung der Aktinomyzeten, Versuchsflache Barenburg, Or-Horizont(Haufigkeitsstufen von 1- 5 ansteigend)
Arten- 0 N Ca CaN NP CaNPNr.
1972 1973 1972 1973 1972 1973 1972 1972 19731972 1973 1973
3 2 4 2 2 5 32 3 2 3 1 1 4 23 2 1 2 1 1 3 14 3 3 4 1 1 5 25 1 1 2 1 1 3 16 2 2 1 1 2
1.4. Physiologische Aktivitiit der Mikroorganismen
Die CO2-Produktion wird 1967 und 1972 durch aIle Dungungsma13nahmen erhoht(Tabelle 8), davon gesichert in den PrUfgliedern Ca, NP und CaNP. Nach der N-Dungung von 1973 ist die CO2-Produktion in folgenden Prufgliedern signifikant gegenuber °gesteigert: Ca, CaN, NP und CaNP. Das Prufglied N bewirkt in allen 3 Jahrenkeine gesicherte Zunahme der CO2-Freisetzung.
Die Zellulosezersetzung verstarkt sich 1967 ebenfalls durch aIle Dungungsma13nahmen, am deutlichsten im PrUfglied NP, gefolgt von CaNP. 1972 ist in den Varianten °und N k&ine Zellulosezersetzung zu beobachten. 1m Prufglied Ca ist der Zelluloseabbau schwach, bei CaNP sehr stark. Die erneute N-Dungung 1973 fordert die Zellulosezersetzung in allen Dungungsvarianten.
Beim Harnstoffabbau waren 1972 keine deutlichen Unterschiede zwischen denPrUfgliedern festzustellen, wohl aber 1973 mit Hilfe einer etwas veranderten Methodik. 1973 ist in den ungedungten Parzellen der Harnstoffabbau gerade noch nachweisbar, er ist in den Prufgliedern N und Ca verhaltnisma13ig gering, bei NP stark undnach CaN- und CaNP-Dungung am starksten.
Die Nitrifikation ist 1972 und 1973 in den Prufgliedern °und N nur sehr schwachbzw. nicht nachweisbar. In den Varianten Ca, CaN, NP und CaNP tritt sie dagegenauf. Die Fahigkeit wr Gelatineverflussigung und Nitratreduktion wird durch dieDiingungsma13nahmen nur wenig beeinflu13t.
Tab
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1967
1972
1973
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2,7
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++
1,3
++
++
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49,4
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Std
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Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 29
2. Versuch Oberfrauendorf
Die durch die DiingungsmaBnahmen bedingten Unterschiede in den pH-Wertensind 1972 nicht sehr groB. Nur die NP-Diingung bewirkt gegeniiber 0 gesicherte pHWert-Erhohungen (Tabelle 9).
Tabelle 9. pH- Werte, Versuch Oberfrauendorf (1972), Or-Horizont
Priifglied pH (KCI) pH (H2O)
x (Sicherung) x (Sicherung)
0 3,0 4,4P 3,1 4,4NP 3,2 +++ 4,6 +
1m Co, N- und P-Gehalt bestehan keine gesicherten Unterschiede zwischen denDiingungsvarianten (Tabelle 10). Auch die C/N-Verhiiltnisse werden kaum beeinfluBt. Die C/P- und C/N-Verhaltnisse verengen sich in den Priifgliadarn P und NPgegeniiber ,,0" geringfiigig.
Tabelle 10. Co, N- und P-Gehalt, Gliihverlust, C/N-Verhaltnis, Versuch Oberfrauendorf (1972), OrHorizont (Angaben bei C, P und Nt in % der Trockensubstanz, bei NOV in % der organischen Substanz)
Priifglied
oPNP
C GV Nt
43,7 80,0 1,7042,8 79,1 1,7344,4 80,9 1,73
Nov P C/N
2,14 0,11 25,72,13 0,13 24,72,14 0,13 25,7
C/P
397329342
NIP
15,513,313,3
Der Ammoniumstickstoffgehalt (Tabelle 11) ist im Priifglied NP im Vergleich zuo und P etwas angestiagan, aber nicht in gesichertam MaBe. Der Nitratstickstoffge.halt erhoht sich in den Priifgliedern P und NP gegeniiber 0 signifikant.
Tabelle 11. Ammonium- und Nitratstickstoffgehalt, Versuch Oberfrauendorf (1972), Or-Horizont(Angaben in mg N je 100 g trockenen Bodens)
Priifglied NH4-N N03-N
x (Sicherung) x (Sicherung)
0 7,7 2,3P 7,7 3,3 +NP 8,7 3,3 +
Auch die Keimzahlen dar Bakterien, Aktinomyzeten und Pilze (Tabella 12) ver·.andern sich durch die Diingung nicht signifikant.
'Tabelle 12. Keimzahlen, Versuch Oberfrauendorf, Or-Horizont (in 10000 je 1 g organischer Sub
stanz)
Priifglied Bakterien Aktinomyzeten Pilze
(Bodenextrakt-Agar)
oPNP
423845
212
585771
30 H. MAl und H. J. FIEDLER
Die Arten del' mikroskopiscben Bodenpilze sind dieselben ",rie im Versuch Barenburg (Tabelle 13). Die beiden Penicillium-Arten, Sekti6n Monoverticillata spec. lundII, sind so zahlreicb, daB alle iibrigen Arten davon stark zuriickgedrangt werden.Charakteristische Unterschiede in del' Artenzusammensetzung z"\\riscben den Priifgliedern bestehen nicht.
Tabelle 13. Artenzusammensetzung der mikroskopischen Bodenpilze, Versuch Oberfrauendorf(1972),Or-Horizont (Haufigkeitsstufen von 1- 5 ansteigend)
Art
1. Phycomycetes
Mucorales1II1ucor ramannianusMucor racemosU8Rhizopus nigricans
II. Fungi imperfecti
MoniliaceaePenicillium S. Monovertic·illata
spec. Ispec. IIspec. III
Penicillium S. Biverticillataspec. Ispec. II
Spicariaspec. Ispec. II
Trichoderma koningiTrichoderma viri.de
DematiaceaePullularia pullulans
o
2
543
13
211
P
542
12
21
NP
2
[)
42
12
1111
Die Artenzahl del' Aktinomyzeten ist nul' sebr gering und wird auch durch dieDiingungsmaBnabmen nicbt wesentlich erweitert (Tabelle 14).
Tabelle 14. Artenzusammensetzung del' Aktinomyzeten, Or-Horizont, Versuch Oberfrauendorf(I972)(Hanfigkeitsstufen von 1-5 ansteigend)
Arten-Nr.
23
o
11
P NP
DiE CO2-Produktion verandert sich durch die Diingung nicht signifikant (Tabelle15). Zellulosezersetzung ist weder fiir die ungediingten noch fUr die gediingten Parzellen nachzuweisen. Die Intensitat des Harnstoffabbaues und del' Nitratreduktionist in allen Priifgliedern gleich. Die Fahigkeit zur Nitrifikation ist gleichmaBig schwachausgebildet Die Gelatineverfliissigung ist im Priifglied NP etwas starker als in denPriifgliedern 0 und P. Demnach werden auch die physiologischen Leistungen del'Mikroorganismen in diesem Versuch kaum durch die DiingungsmaBnahmen beeinfIuBt.
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 31
Tabelle 15. Physiologische Leistungen, Or·Horizont, Versuch Oberfrauendorf (1972)
Priifglied CO2·1) Zellulose· Gelatine· Harn· Nitrifika· Nitrat·Freisetzung zersetzung verfliissi· stoffabbau tion reduktion
gung
0 1,5 ++ ++ ± ++P 1,7 ++ ++ ± ++NP 1,5 +++ ++ ± ++
1) Angaben in mg CO2 je 1 g trockenen Bodens in 24 Std.; iibrige Zeichen s. Ful3note von Tabelle 8
Diskussion
Bodenchemische Untersuchungen an Diingungsversuchen ergaben, daB in Fichtenbestanden oborflachig ausgebrachte Phosphatdiinger nach wenigen Jahren nicht mehrin del' Humusauflage nachweisbar sind, sofern nicht VOl' odeI' mit del' Phosphatdungung gekalkt wurde (NEBE u. FIEDLER 1974). Das Phosphat del' Dungemittel Superphosphat bzw. Thomasphosl'hat ist im ungekalkten Rohhumus leicht beweglich undwird in den Ah-Horizont und tiefer verlagert (NEBE u. FIEDLER 1974). Dadurch gehtsein moglicher meliorativer Effekt auf den Rohhumus verloren, wahrend zumindestein Teil dieses wandernden Phosphats von del' Fichte aufgenommen werden kann.Die Dungung wirkt dann uber die Fichtenernahrung auf das Wachstum zwar positiv,fordert abel' kaum die Bodenfruchtbarkeit. Zur naheren Untersuchung dieses Sachverhaltes wurden zunachst die chemischen Veranderungen im Auflagehumus eingehender untersucht.
Kalk senkte allein und in Kombination mit P- und N-Diingern die Aziditat; ingleicher Richtung, abel' schwacher, wirkte auch die Kombination NP. Parallel hierzuwurde in den Priifgliedern NP, CaN, CaNP del' Gehalt an Nitratstickstoff uber eineForderung del' Nitrifikation erhOht. Del' Gehalt an pflanzenverfiigbarem Stickstoffinsgesamt (NH4 + N03) war bei reiner N Dungung dagegen gleich groB odeI' groBerals in den kombinierten Dungungen. Alleinige Kalkung beeinfluBte das geringe natuI'·liche N-Angebot an die Fichte eher negativ als positiv.
Da im Prufglied N bereits einen Monat nach del' Kalkammonsalpeterausbringungkein Nitrat-, wahl abel' Ammoniumstickstoff angehauft ist, wird angenommen, daBdel' verhaltnismiiBig hohe Nitratstickstoffgehalt in den Priifgliedern CaN, CaNP undzu spateren Terminen auch NP nicht direkt aus dem Diingemittel stammt, sondernerst spateI' durch Nitrifikation aus ihm gebildet wurde.
Del' auf organische Substanz bezogene N-Gehalt sowie das CjN-Verhaltnis zeigenN-Mangel an. Durch Dungung, insbesondere CaNP-Dungung, verbessern sich dieseWerte 1972 und 1973 deutlich. Del' P-Gehalt des Auflagehumus ist 1972j73 nur imPriifglied CaNP gesichert gegeniiber del' Kontrolle erhoht, bei NP und Pist die ErhOhung nul' noch angedeutet. Del' P-Gehalt del' Kontrolle selbst spiegelt mittlere Verhaltnisse fUr Fichte wider; desgleichen das CjP-Verhaltnis, so daB trotz des phosphorarmen Grundgesteins kein extremer P-Mangel in del' Humusauflage herrscht (vel'gleiche FIEDLER, NEBE u. HOFFMANN 1973).
Diese Erscheinung diirfte auf den relativ konstanten P-Gehalt del' FichtennadelzuruckzufUhren sein. Durch die P-Dungung werden das CjP- und NjP.Verhaltniskleiner, insbesondere im Priifglied CaNP, doch wird hierdurch iiber den Einbau desPhosphors in die organische Substanz nichts ausgesagt. Insgesa,mt werden somit diechemischen Verhaltnisse im Auflagehumus durch eine kombinierte CaNP-Diingunganhaltend positiv beeinfluBt, und es besteht Grund zu del' Annahme, daB diese Veran-
32 H. MAl und H. J. FIEDLER
derungen nicht nur auf die phosphorarmen Quarzporphyrstandorte beschrankt sind,sondern fiir Fichtenrohhumus allgemein zutreffen. In diesem Falle wiirde sich einegroBe Diingungsflache fUr meliorative CaNP-Diingungen ergeben (NEBE 1970, 1974).Da die Ca- und P-Ernahrung von Fichtenbestanden in der Regel auf nichtgediingtenStandorten gesichert ist, nicht aber die N-Ernahrung, kann eine solch aufwendige MaBnahme nur dann vertreten werden, wenn dadurch die Bodenfruchtbarkeit armererStandorte der mittlerer Standorte angeglichen wird, die Trophieunterschiede der klimatisch fUr einen Fichtenanbau geeigneten Standorte also nivelliert werden. Als einempfindliches MaB hierfiir kann die quantitative und qualitative Zusammensetzungder Mikroflora und die Intensitat ihres Stoffwechsels angesehen werden.
In der vorliegenden Untersuchung andern sich die Bakterienzahlen nach den DiingungsmaBnahmen sehr stark infolge der Veranderung des Nahrstoffangebotes und derBodenreaktion. Die Kalkung fiihrt zu einer Zunahme der Bakterien- und Aktinomyzetenzahlen, wahrend die alleinige Diingung mit Kalkammonsalpeter 1967 und 1972die Bakterienzahlen nicht erhoht. Lediglich nach der frischen Kalkammonsalpetergabe nehmen die Bakterienzahlen im Priifglied N mit einer Sicherung von P< 5 %zu. Die Diingerkombination CaN fordert die Bakterienzahlen in gesichertem MaBe.
1m Jahre 1967 wirken die Priifglieder NP und CaNP besonders positiv auf die mikrobielle Aktivitat. In diesem ersten Untersuchungsjahr kommt dem Thomasphosphat durch seine Ca- und P-Komponente eine entscheidende Bedeutung bei der Erhohung der Keimzahl zu. 1972 und 1973 sind die pH-Werte und Bakterienzahlenim Priifglied CaNP am hOchsten und dem Priifglied NP signifikant iiberlegen. DiePhosphatwirkung ist daher 1973 im Gegensatz zu 1967 in Kombination mit Kalkwesentlich starker als im Priifglied NP ohne Kalkung, in dem der P-Gehalt bis fastauf den der Kontrolle zuriickgegangen ist. Trotzdem sind die Bakterienzahlen desPriifgliedes NP 1973 denen der Priifglieder N und °noch hochsignifikant iiberlegen.Demnach ist die Thomasphosphatwirkung von 1967 in der NP-Variante auch 1973noch nicht vollig erloschen, wenn sie auch im Vergleich zur CaNP-Diingung wesentlichniedriger ist.
Die mikroskopischen Bodenpilze werden durch die DiingungsmaBnahmen in dendrei Untersuchungsjahren recht unterschiedlich beeinfluBt. Es deutet sich ein Riickgang der Pilzkeimzahlen nach der Kalkung und deren Zunahme nach Stickstoffdiingung an. Diese gegensatzlichen Wirkungen konnen sich durch kombinierte Ca- undN-Diingung aufheben. Ein deutlicher EinfluB des Phosphors auf die Pilzkeimzahlenist nicht zu beobachten. Das Artenspektrum der mikroskopischen Bodenpilze wirddurch die DiingungsmaBnahmen nicht negativ beeinfluBt.
Die Aktivitat aller Bodenorganismen auBert sich in den physiologischen Leistungen,insbesondere der CO2-Produktion. In den Jahren 1967 und 1972 ist die CO2-Freisetzung in den Priifgliedern Ca, NP und CaNP signifikant gegeniiber °erhoht, 1973auBerdem noch bei CaN-Diingung. Es bestehen Beziehungen zwischen Abnahme desC-Gehaltes und CO2-Produktion. Die starkste Abnahme des Kohlenstoffgehaltes imPriifglied CaNP zu allen drei Untersuchungsjahren ist mit der hochsten CO2-Freisetzung verbunden, die geringste C-Gehaltabnahme im Priifglied N mit der niedrigstenCO2-Produktion. Die DiingungsmaBnahmen fordern die Zellulosezersetzung, die Nitrif'ikation und den Harnstoffabbau.
Die CaNP-Diingung mit P in Form des Thomasphosphates wirkt sowohl bodenbiologisch als auch chemisch besonders giinstig, sie iibt einen meliorativen Effekt aus.Die hier behandelten Fragen bediirfen jedoch der weiteren Klarung an neu anzulegenden Diingungsversuchen, bei denen gleicher Standort und Bestand, gleiche Diingemittelformen und Vollstandigkeit der Diingemittelkombinationen gewahrleistet sind.Insbesondere ist es erforderlich, die Wirkung von CaP- und CaPN-Diingung mitein-
Mikrobiologische und chemische Untersuchungen zur Melioration 33
ander zu vergleichen und den Wirkungsanteil der Calciumkomponente in den Diingephosphaten zu erfassen. Die bisherigen Untersuchungen des Fichtenbestandes inBarenburg zeigen, daB sich auch der Ernahrungszustand der Baume nach CaNPDiingung giinstig verandert, die h6chste Ertragszunahme ist jedoch im Priifglied NPzu verzeichnen (NEBE 1974 b). Die Beziehungen zwischen der Veranderung der Bodenfruchtbarkeit und der Reaktion der Baumbestande bediirfen somit noch eingehendererUntersuchungen.
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3 ZbI. Bakt. II. Abt., Bd. 133