Untersuchung bodenbiologischer Parameter im Rahmen der Boden-Dauerbeobachtung in Niedersachsen: bodenbiologische Referenzwerte und Zeitreihen
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Hannover
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| adam_text | Titel: Untersuchung bodenbiologischer Parameter im Rahmen der Boden-Dauerbeobachtung in Niedersachsen
Autor: Höper, Heinrich
Jahr: 2001
Untersuchung bodenbiologischer Parameter im Rahmen der
Boden-Dauerbeobachtung in Niedersachsen
Bodenbiologische Referenzwerte und Zeitreihen
H. Höper B. Kleefisch
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung........................................................................................................10
2 Bedeutung biologischer Bodeneigenschaften als Indikatoren.........................12
2.1 Indikatoren für Veränderungen des Humushaushaltes, für
Nutzungssysteme und für ökologischen Landbau..............................................14
2.2 Indikatoren für Schadstoffe...............................................................................14
3 Material und Methoden..................................................................................16
3.1 Böden..............................................................................................................16
3.2 Landnutzung und Kohlenstoffeintrag................................................................16
3.3 Mikrobiologische Methoden.............................................................................19
3.4 Chemische und physikalische Methoden...........................................................20
3.5 Statistische Methoden.......................................................................................20
4 Ergebnisse und Diskussion...............................................................................21
4.1 Analytische, räumliche und zeitliche Variation....................................................21
4.2 Bodeneinfluss...................................................................................................24
4.2.1 Einfache Korrelationen mit Bodeneigenschaften................................................24
4.2.2 Basismodell Boden: Multiple lineare Regression mit
Bodeneigenschaften.........................................................................................29
4.2.3 Kennwerte nach Bodenart für Ackerböden........................................................32
4.2.4 Kennwerte nach Bodenart für Grünlandböden..................................................36
4.3 Einfluss von Schadstoffe....................................................................................38
4.4 Einfluss des Klimas............................................................................................44
4.5 Einfluss der Bodennutzung................................................................................45
4.5.1 Ökologischer Landbau......................................................................................45
4.5.2 Extensivierungsflächen......................................................................................47
4.5.3 Mehrjährige Kennwerte der Bodennutzung.......................................................48
4.5.4 Jährliche Kennwerte der Bodennutzung............................................................50
4.6 Zeitreihenanalyse..............................................................................................51
Arbertshefte Boden, 2001/4
4.6.1 Jahresfaktoren..................................................................................................51
4.6.2 Trends auf BDF.................................................................................................54
4.6.3 Zeitreihen an Beispiel-BDF.................................................................................58
4.6.3.1 BDF mit abnehmender mikrobielier Biomasse.....................................................58
4.6.3.2 BDF mit zunehmender mikrobielier Biomasse.....................................................61
4.6.3.3 BDF mit variabler mikrobielier Biomasse.............................................................63
4.6.3.4 BDF mit zunehmendem metabolischen Quotienten............................................64
5 Anwendung der Ergebnisse.............................................................................66
5.1 Ableitung von Referenzwerten..........................................................................66
5.1.1 mikrobielle Biomasse.........................................................................................67
5.1.2 Metabolischer Quotient.....................................................................................70
5.1.3 Quotient mikrobielier zu organischer Kohlenstoff (Cmik/Corg-
Quotient)..........................................................................................................70
5.2 Bodenkundliche Landesaufnahme und Bodenqualitätsziele................................72
5.2.1 mikrobielle Biomasse.........................................................................................73
5.2.2 Metabolischer Quotient.....................................................................................73
5.2.3 Quotient aus mikrobiell zu organisch gebundenem Kohlenstoff
(Cmik/Corg)......................................................................................................77
6 Schlussfolgerungen und Ausblick....................................................................79
7 Literatur...........................................................................................................81
8 Anhang............................................................................................................84
Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 1: Analytisch bedingte Variation der mikrobiellen Kennwerte.................................21
Abb. 2: Räumliche Variation der mikrobiellen Kennwerte differenziert nach
Acker und Grünland.........................................................................................22
Abb. 3: Zeitliche Variation der mikrobiellen Kennwerte..................................................23
Abb. 4: Korrelation zwischen Tongehalt und mikrobieller Biomasse in
Ackerböden......................................................................................................26
Abb. 5: Korrelation zwischen Tongehalt und dem metabolischen
Quotienten in Ackerböden...............................................................................27
Abb. 6: Korrelation zwischen Tongehalt und Cmik/Corg-Quotient in
Ackerböden......................................................................................................28
Abb. 7: Korrelation zwischen pH-Wert und Cmik/Corg-Quotient in
Ackerböden......................................................................................................29
Abb. 8: Gehalt an organischem Kohlenstoff in Ackerböden nach Bodenart....................33
Abb. 9: Mikrobielle Biomasse in Ackerböden nach Bodenart..........................................33
Abb. 10: Metabolischer Quotient in Ackerböden nach Bodenart......................................34
Abb. 11: Cmik/Corg-Quotient in Ackerböden nach Bodenart...........................................35
Abb. 12: Mikrobielle Biomasse in Grünlandböden nach Bodenart (a) in der Tiefe
0- 10 cm und (b) in der Tiefe 10-20 cm.........................................................36
Abb. 13: Metabolischer Quotient in Grünlandböden nach Bodenart (a) in der
Tiefe 0 - 10 cm und (b) in der Tiefe 10-20 cm.................................................37
Abb. 14: Cmik/Corg-Quotient in Grünlandböden nach Bodenart (a) in der
Tiefe 0 - 10 cm und (b) in der Tiefe 10-20 cm.................................................37
Abb. 15: Vergleich von schwermetallbelasteten Ackerböden mit unbelasteten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen anhand des metabolischen
Quotienten.......................................................................................................40
Abb. 16: Vergleich von schwermetallbelasteten Ackerböden mit unbelasteten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen anhand des Cmik/Corg-
Quotienten.......................................................................................................41
Abb. 17: Vergleich von schadstoffbelasteten Grünlandböden mit unbelasteten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen anhand des metabolischen
Quotienten.......................................................................................................42
Abb. 18: Vergleich von schadstoffbelasteten Grünlandböden mit unbelasteten
Boden-Dauerbeobachtungsfiächen anhand des Cmik/Corg-
Quotienten.......................................................................................................43
Abb. 19: Metabolischer Quotient auf ökologisch bewirtschafteten Flächen und
auf Extensivierungsflächen im Vergleich zu anderen BDF auf
Sandboden.......................................................................................................46
Abb. 20: Cmik/Corg-Quotient auf ökologisch bewirtschafteten Flächen und auf
Extensivierungsflächen im Vergleich zu anderen BDF auf Sandboden.................47
Arbeitshefte Boden, 2001/4
Abb. 21: Mittlerer jährlicher Kohlenstoffeintrag durch Erntereste,
Wurzelrückstände, organische Düngung und Zwischenfrüchte...........................49
Abb. 22: Mittlere jährliche Relativwerte für die mikrobielle Biomasse in den
Jahren 1992 bis 2000 in Prozent bezogen auf das Jahr 1999
(=100%)...........................:............................................................................52
Abb. 23: Mittlere jährliche Relativwerte für die Basalatmung in den Jahren
1992 bis 2000 in Prozent bezogen auf den Mittelwert der Jahre
1998 und 1999 (= 100 %)...............................................................................53
Abb. 24: Mittlere jährliche Relativwerte für den metabolischen Quotienten in
den Jahren 1996 bis 2000 in Prozent bezogen auf das Jahr 1999
(=100%)........................................................................................................53
Mittlere jährliche Veränderung der mikrobiellen Biomasse nach
Klassen.............................................................................................................55
Zusammenhang zwischen der jährlichen Veränderung des Gehaltes
an mikrobieller Biomasse in der Krume und dem pH(CaCI2)-Wert.......................56
Zusammenhang zwischen der jährlichen Veränderung des Vorrates an
mikrobieller Biomasse in der Krume und dem jährlichen
Kohlenstoffeintrag............................................................................................57
Mittlere jährliche Veränderung des metabolischen Quotienten nach
Klassen.............................................................................................................58
Zeitliche Entwicklung der mikrobiellen Biomasse auf der Boden-
Dauerbeobachtungsfläche Neuhäuser Felde (BDF-14-L) in 0 - 20 cm
Tiefe.................................................................................................................59
Zeitliche Entwicklung des Gehaltes an mikrobieller Biomasse auf der
Boden-Dauerbeobachtungsfläche Dinklage in 0 - 20 cm Tiefe...........................60
Zeitliche Entwicklung des Gehaltes an mikrobieller Biomasse und
Hauptfrüchte auf der Boden-Dauerbeobachtungsfläche Dalumer
Moor in 0-20 cm Tiefe...................................................................................60
Zeitliche Entwicklung des Gehaltes an mikrobieller Biomasse auf der
Boden-Dauerbeobachtungsfläche Schiaden in 0-10 cm......................................62
Zeitliche Entwicklung des Gehaltes an mikrobieller Biomasse in 0 -
20 cm Tiefe und Hauptfrüchte auf der Boden-
Dauerbeobachtungsfläche Süstedt....................................................................63
Abb. 34: Zeitliche Entwicklung der Vorräte an mikrobieller Biomasse in der
Ackerkrume (Ap), jährlicher Kohlenstoffeintrag und Hauptfrüchte auf
der Boden-Dauerbeobachtungsfläche Tetendorf................................................63
Abb. 35: Zeitliche Entwicklung der Vorräte an mikrobieller Biomasse in der
Ackerkrume (Ap) und jährlicher Kohlenstoffeintrag auf der Fläche
Markhausen.....................................................................................................64
Abb. 36: Zeitlicher Verlauf des metabolischen Quotienten in 0 - 20 cm Tiefe
und Hauptfrüchte auf der Boden-Dauerbeobachtungsfläche
Ganderkesee....................................................................................................65
Abb. 37: Referenzwerte für die mikrobielle Biomasse.......................................................68
Abb. 25:
Abb. 26:
Abb. 27:
Abb. 28:
Abb. 29:
Abb. 30:
Abb. 31:
Abb. 32:
Abb. 33:
Abb. 38: Verhältnis gemessener Werte der mikrobiellen Biomasse zu
Referenzwerten in unbelasteten und mit TNT belasteten Böden (Werk
Tanne, Harz).....................................................................................................68
Referenzwerte für den metabolischen Quotienten.............................................69
Verhältnis gemessener Werte des metabolischen Quotienten zu
Referenzwerten in unbelasteten und mit TNT belasteten Böden (Werk
Tanne, Harz).....................................................................................................69
Referenzwerte für den Quotienten Cmik/Corg...................................................71
Verhältnis gemessener Werte des Quotienten aus mikrobiellem und
organischem Kohlenstoff (Cmik/Corg-Quotient) zu Referenzwerten in
unbelasteten und mit TNT belasteten Böden (Werk Tanne, Harz).......................71
Zuordnung der Cmik-Klassen auf Ackerböden (Tabelle 19) zur
Bodenart nach Kartieranleitung (AG Boden 1996)..............................................74
Zuordnung der Cmik-Klassen auf Grünlandböden (0 - 20 cm) (Tabelle
20) zur Bodenart nach Kartieranleitung (AG Boden 1996)..................................75
Sollwerte für den metabolischen Quotienten auf Acker und
Grünlandböden (0 - 20 cm) (Tabelle 21) nach Bodenart (AG Boden
1996)...............................................................................................................76
Abb. 46: Sollwerte für den Quotienten aus mikrobiellem und organischen
Kohlenstoff in Ackerböden (0 - 20 cm) (Tabelle 22) nach Bodenart
(AGBODEN 1996)..............................................................................................77
Abb. 39:
Abb. 40:
Abb. 41:
Abb. 42:
Abb. 43:
Abb. 44:
Abb. 45:
Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 1: Allgemeine und technische Anforderungen an biologische Indikatoren
(OBERHOLZER HÖPER2001)...............................................................................12
Tabelle 2: Wirkung von organischer Düngung, Bodennutzung und
ökologischem Landbau auf bodenmikrobiologische Kennwerte
(Literaturangaben)............................................................................................14
Tabelle 3: Wirkung von Schadstoffen auf bodenmikrobiologische Kennwerte
(Literaturangaben)............................................................................................15
Tabelle 4: Trockensubstanzgehalte und Kohlenstoffgehalte organischer
Düngemittel.....................................................................................................17
Tabelle 5: Trockensubstanzgehalte (TS), Ernte- und Wurzelrückstände nach
Fruchtart nach Ruhr-Stickstoff AG (1988), Oehmichen(1986), Haug
(1990), Stat. Bundesamt (1988)........................................................................18
Tabelle 6: Schätzwerte für die mittleren Erträge in dt Trockensubstanz pro
Hektar der auf den Boden-Dauerbeobachtungsflächen angebauten
Zwischenfrüchte (Ruhr-Stickstoff AG 1988).....................................................19
Tabelle 7: Mediane und 90 % Quantile der analytisch bedingten, probenahme-
bedingten, räumlichen und zeitlichen Variationskoeffizienten (VK).....................24
Tabelle 8: Korrelationskoeffizienten zwischen klimatischen, physikalischen,
chemischen und mikrobiologischen Bodeneigenschaften für die bis
Arbeitshefte Boden, 2001/4
Ende 1998 eingerich-teten 43 ackerbaulich genutzten Boden-
Dauerbeobachtungsflächen (ohne BDFO53-L Hüde)..........................................25
Tabelle 9: Mikrobielle Biomasse: Ergebnisse der multiplen linearen Regression
(schrittweise vorwärts). Werte aus den Jahren 1996 bis 1999 (n =
961).................................................................................................................30
Tabelle 10: Basalatmung: Ergebnisse der multiplen linearen Regression
(schrittweise vorwärts). Werte aus den Jahren 1996 bis 1999 (n =
953).................................................................................................................31
Tabelle 11: Metabolischer Quotient (qCO2): Ergebnisse der multiplen linearen
Regression (schrittweise vorwärts) Werte aus den Jahren 1996 bis
1999 (n = 953).................................................................................................31
Tabelle 12: Quotient Cmik/Corg: Ergebnisse der multiplen linearen Regression
(schrittweise vorwärts). Werte aus den Jahren 1996 bis 1999 (n =
961).................................................................................................................31
Tabelle 13: Multiple lineare Regression: Basismodell Boden und
Schwermetallgehalte (n = 962 für Cmik und Cmik/Corg und n = 953
für Basalatmung und qCO2).............................................................................39
Tabelle 14: Multiple lineare Regression: Basismodell Boden und klimatische
Kennwerte (n = 962 für Cmik und Cmik/Corg und n = 953 für
Basalatmung undqCO2)....................................................................................44
Tabelle 15: Multiple lineare Regression aus dem Basismodell Boden und
mehrjährigen Kennwerten der Bodennutzung (Anteil von Fruchtarten
an der Fruchtfolge und Viehbesatz des Betriebes) (n = 801 für Cmik
und Cmik/Corg und n = 792 für Basalatmung und qCO2).................................48
Tabelle 16: Multiple lineare Regression aus dem Basismodell Boden und jährlichen
Kennwerten der Bodennutzung (Vorfrucht und Kohlenstoffeintrag im
Vorjahr) (n = 905 für Cmik und Cmik/Corg und n = 896 für
Basalatmung und qCO2)....................................................................................50
Tabelle 17: Trends auf ackerbaulich genutzten Boden-Dauerbeobachtungsflächen..............54
Tabelle 18: Einige physikalische, chemische und mikrobiologische Kennwerte
unterschiedlich mit Trinitrotoluol (TNT) belasteter Böden im Harz.......................67
Tabelle 19: Qualitätsziele für die mikrobielle Biomasse in der Krume gepflügter
Ackerböden......................................................................................................74
Tabelle 20: Qualitätsziele für die mikrobielle Biomasse im Oberboden von
Grünlandböden................................................................................................75
Tabelle 21: Qualitätsziel (zu unterschreitender Schwellenwert) für den
metabolischen Quotienten in Acker- und Grünlandböden..................................76
Tabelle 22: Qualitätsziel (zu überschreitender Schwellenwert) für den Quotienten
Cmik/Corg in Ackerböden:................................................................................77
Tabelle 23: Bewirtschaftungs- und Bodendaten der ackerbaulich genutzten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen, die bis 1998 eingerichtet worden
sind..................................................................................................................85
Tabelle 24: Bewirtschaftungs- und Bodendaten der als Grünland genutzten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen, die bis 1998 eingerichtet worden
sind..................................................................................................................87
Tabelle 25: Klimatische Kennwerte und Schwermetall-Gesamtgehalte
(Königswasseraufschluss) der ackerbaulich genutzten Boden-
Dauerbeobachtungsflächen in 0-20 cm, im Jahr der Einrichtung........................88
Tabelle 26: Veränderung der Kohlenstoffgehalte und des pH-Wertes auf
ackerbaulich genutzten Boden-Dauerbeobachtungsflächen...............................90
Tabelle 27: Trends der Vorräte an mikrobieller Biomasse in der Krume auf den
ackerbaulich genutzten Boden-Dauerbeobachtungsflächen über die
Jahre 1996 bis 2000, bzw. mindestens 3 Jahre auf Flächen, die nach
1996 eingerichtet wurden.................................................................................91
Tabelle 28: Trends des metabolischen Quotienten auf den ackerbaulich genutzten
Boden-Dauerbeobachtungsflächen über die Jahre 1996 bis 2000,
bzw. mindestens 3 Jahre auf Flächen, die nach 1996 eingerichtet
wurden............................................................................................................93
Arbeitshefte Boden, 2001/4
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