Bodenaggregate sind die Grundeinheiten der Bodenstruktur und dienen als Speicher für Bodenkohlenstoff. Sie spielen eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf von Ökosystemen. Die Poreneigenschaften von Bodenaggregaten beeinflussen die Mineralisierung von organischem Kohlenstoff im Boden. Die Forschung zu den Mechanismen der Bindung von organischem Kohlenstoff im Boden auf Aggregatebene in Mollisolen ist jedoch begrenzt.
Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Liu Xiaobing und Prof. Zhang Xingyi vom Key Laboratory of Black Soils Conservation and Utilization des Northeast Institute of Geography and Agroecology der Chinese Academy of Science gezeigt, dass bei konservierender Bodenbearbeitung von Mollisols die Porenkonnektivität und -anisotropie die Kohlenstoffmineralisierung über extrazelluläre Enzyme in > 2 mm großen Aggregaten beeinflussen.
Die Arbeit war veröffentlicht In Boden- und Bodenbearbeitungsforschung.
Die Studie basiert auf einem langfristigen Standortexperiment zur konservierenden Bodenbearbeitung, das 2004 an der Hailun-Station durchgeführt wurde. Für die Forschung wurden drei Verfahren ausgewählt: konventionelle Bodenbearbeitung, reduzierte Bodenbearbeitung und keine Bodenbearbeitung.
Mithilfe industrieller Computertomographie im Nanomaßstab wurden die Bodenporengrößenverteilung, Formparameter, extrazelluläre Enzymaktivitäten und Kohlenstoffmineralisierung von Bodensäulen in situ und von mit Aggregaten gefüllten Bodensäulen > 2 mm gemessen.
Die Ergebnisse zeigten, dass eine langfristige Nichtbearbeitung bzw. reduzierte Bodenbearbeitung die Gesamtporosität und den Anteil größerer Poren erhöhte, den Anteil kleinerer Poren in den Bodensäulen jedoch signifikant verringerte.
Die konventionelle Bodenbearbeitung wies die komplexesten Poren auf, da sie die höchste fraktale Porendimension (2,75–2,90), Anisotropie (0,366–0,516) und geringste Sphärizität (5,1–28,7) aufwies (Abbildung 1a). Bei den mit > 2 mm großen Aggregaten gefüllten Bodensäulen erhöhte eine reduzierte Bodenbearbeitung die Porenkonnektivität signifikant um 3,02–3,62 %, während keine Bodenbearbeitung keinen Effekt hatte (Abbildung 1b).
Darüber hinaus ergab die Strukturgleichungsmodellierung, dass in mit Aggregaten > 2 mm gefüllten Bodensäulen die Porenformparameter, insbesondere Konnektivität und Anisotropie, die Aktivitäten von β-Glucosidase und β-Xylosidase direkt positiv beeinflussten und sich durch die Beeinflussung der Aktivität extrazellulärer Enzyme indirekt positiv auf die Kohlenstoffmineralisierung im Boden auswirkten.
Die Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung der Auswirkungen der Porenformparameter auf die Kohlenstoffbindung im Boden und werden zum Verständnis der mikroskopischen Mechanismen der Kohlenstoffbindung im Boden in Aggregaten > 2 mm beitragen.
Weitere Informationen:
Yang Xiao et al., Porenkonnektivität und Anisotropie beeinflussen die Kohlenstoffmineralisierung durch extrazelluläre Enzyme in > 2 mm großen Aggregaten bei konservierender Bodenbearbeitung von Mollisolen, Boden- und Bodenbearbeitungsforschung (2024). DOI: 10.1016/j.still.2024.106253