Nehmen wir an, Sie sind ein Maisanbauer, der auf Böden mit geringer Fruchtbarkeit Landwirtschaft betreibt. Wie können Sie den Boden gesünder und fruchtbarer machen? Viele Landwirte glauben, dass bei der Zugabe von reichlich Stickstoffdünger dieser Nährstoff zusammen mit Kohlenstoff als organische Substanz im Boden gespeichert wird, wenn Mikroben Ernterückstände zersetzen. Neue Untersuchungen der University of Illinois deuten jedoch darauf hin, dass diese Bemühungen bei armen Böden möglicherweise nicht funktionieren.
Die neue Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift der Soil Science Society of America, verglich die Zersetzung von Maisrückständen bei hoher und niedriger Fruchtbarkeit, mit und ohne Stickstoffdünger. Die Ergebnisse waren überraschend.
„Maisreste zersetzten sich in armen Böden mit niedrigem Stickstoffgehalt deutlich schneller als in fruchtbarem Boden, insbesondere wenn wir Stickstoff hinzufügten, der die mikrobielle Aktivität stimulierte. Das war eine Überraschung, basierend auf unseren früheren Erkenntnissen, die zeigten, dass Maisrückstände mit hohem Stickstoffgehalt zerbrachen.“ schneller runter“, sagte Studienautorin Tanjila Jesmin, Doktorandin am Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES), Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) an der U of I.
Richard Mulvaney, Professor für NRES und Co-Autor der Studie, erklärte, dass schlechte Böden weniger Aggregatpartikel aufweisen, kleine schroffe Nuggets, die Bodenmikroben beherbergen und dem Boden seine Struktur verleihen. Bei weniger Aggregaten bewegen sich frei laufende Mikroben frei im Boden, stoßen häufiger auf Kohlenstoff, verschlingen ihn und erzeugen als Nebenprodukt Kohlendioxid.
„In einem schlechten Boden mit geringerer Aggregatstabilität haben Mikroben einen besseren Zugang zu den Rückständen und dem Kohlenstoff. Und wenn ein hohes Stickstoffangebot vorhanden ist, haben sie auch einen hohen Bedarf an Kohlenstoff als Energiequelle. Letztendlich kann ihr Bedarf den Kohlenstoff übersteigen.“ Rückstände enthalten, was dazu führen kann, dass sie organische Stoffe im Boden angreifen“, sagte Mulvaney. „Die Mikroben verbrennen es einfach weiter und entwickeln mehr Kohlendioxid. Es ist eine Abwärtsspirale.“
Um zu erfahren, wie Böden mit unterschiedlicher Fruchtbarkeit Kohlenstoff in Gegenwart von Maisrückständen mineralisieren, führte Jesmin im Labor eine Bodeninkubationsstudie durch. Sie sammelte zwei Böden des gleichen Typs von Produktionsfeldern in Zentral-Illinois, einen mit hohem nativen Stickstoffgehalt und einen, der nach 70 Jahren kontinuierlichen Anbaus stickstoffarm war. Sie sammelte auch Maisreste von einem einzelnen Feld; Dieses Mal unterschied sich das Maisgewebe hinsichtlich des Stickstoffgehalts nicht.
Jesmin inkubierte die Böden in Gläsern, nachdem sie verschiedene Kombinationen aus Maisrückständen und einem von zwei Düngemitteln ausgebracht hatte: Kaliumnitrat oder Ammoniumsulfat. Als Maß für die mikrobielle Kohlenstoffmineralisierung überwachte sie über einen Zeitraum von zwei Monaten kontinuierliche Kohlendioxidemissionen und intermittierende Veränderungen der mikrobiellen Aktivitäten aus den Inkubationsgefäßen.
„Dünger erhöhte die Rückstandszersetzungsraten für beide Böden, aber die Düngemitteltypen verhielten sich je nach Bodenfruchtbarkeit unterschiedlich“, sagte Jesmin. „Kaliumnitrat steigerte die Rückstandszersetzungsrate in Böden mit niedrigem Stickstoffgehalt wirksamer, während Ammoniumsulfat in Böden mit hohem Stickstoffgehalt eine größere Wirkung hatte.“
Jesmin bemerkte auch eine versauernde Wirkung von Düngemitteln in Böden mit niedrigem Stickstoffgehalt, ein Problem, das den Zugang der Wurzeln zu essentiellen Nährstoffen einschränken und die Abwärtsspirale für schlechte Böden verschärfen kann.
„Für mich ist die auffallende Botschaft dieser Arbeit, dass es nicht möglich ist, Böden mit geringer Fruchtbarkeit zu verbessern, indem man mehr Düngerstickstoff ausbringt, um mehr Rückstände zu bilden. Man kann Stickstoff in den Boden geben, aber man kann ihn nicht behalten“, sagte Mulvaney.
Er fügte hinzu, dass die Stickstoffbewirtschaftung bei Böden mit geringer Fruchtbarkeit möglicherweise einen Unterschied machen könnte, beispielsweise durch die Anwendung von Dünger während der Vegetationsperiode, wenn die Pflanzen dies benötigen. Er schlug außerdem vor, die Intensität der Bodenbearbeitung zu reduzieren.
„Die Bodenbearbeitung ist natürlich ein Faktor, der die Mineralisierung, die Kohlendioxidproduktion und die Zersetzung von Rückständen fördert. Wenn Sie auf ein System wie die Direktsaat umsteigen, könnte das vielleicht nützlich sein, um mikrobielle Aktivitäten und ihren Zugang zu diesen Kohlenstoffquellen für Rückstände zu reduzieren.“ “ er sagte. „Es könnte helfen.“
Mehr Informationen:
Tanjila Jesmin et al.: Die durch Rückstände und Stickstoff verursachte Kohlenstoffmineralisierung variiert mit dem Fruchtbarkeitsstatus des Bodens. Zeitschrift der Soil Science Society of America (2023). DOI: 10.1002/saj2.20530