Nutrient turnover processes in soil plant fertilizer systems under organic management

• Research unit: ART
• Project number: 08.31.02.02
• Brief title: Nährstoffumsatzprozesse im Biolandbau

Key words (English)

C turnover, N turnover, soil-organic-matter, rhizodeposition, residue quality

Short description (German)

Im biologischen Landbau sowie in extensiv geführten Landbausystemen steht die möglichst effektive Nutzung von knapp verfügbaren Nährstoffen im Vordergrund. Schlüsselprozesse bei der Bereitstellung von Pflanzennährstoffen sind der Mineralisierungs-Immobilisierungs-Umsatz von N und C aus Pflanzenrückständen und organischen Düngern sowie Interaktionen von Pflanzen und Boden and der Schnittstelle Pflanzenwurzel-Boden (Rhizosphäre). Bodenfaktoren wie der Gehalt an organischer Bodensubstanz, die mikrobielle Umsatzleistung und damit verbundener Effekte auf die Bodenstruktur, den Wasser- und den Temperaturhaushalt beeinflussen diese Prozesse wesentlich. Neben den natürlichen Standortbegebenheiten dürften bewirtschaftungsbedingte Unterschiede in der Landwirtschaft eine grosse Bedeutung für die Verfügbarkeit von Pflanzennährstoffen haben. Die Vertiefung der Kenntnisse der Prozesse beim Umsatz und der Bereitstellung und Aufnahme von Pflanzennährstoffen und der damit verknüpften Bodenprozesse sind eine elementare Voraussetzung zur Weiterentwicklung nachhaltiger Landbausysteme. Langzeitversuche mit unterschiedlichen Bewirtschaftungs- und Düngungssystemen, wie der DOK-Versuch, ermöglichen die Erforschung der langfristigen Bewirtschaftungseinflüsse auf Nährstoffumsatzprozesse und bilden damit die Grundlage zur Weiterentwicklung biologischer und anderer extensiver Landbausysteme.

Project aims (German)

Ziel des Projektes ist die Erforschung der Nährstoffumsatzprozesse im System Boden-Pflanze-Dünger unter den Bedingungen des biologischen Landbaus. Grundlegende Prozesse sollen identifiziert und die Einflüsse unterschiedlicher Bewirtschaftungs- und Düngungssysteme auf die Prozesse untersucht werden.

Im Projekt werden folgende Hauptziele verfolgt:

Hauptziel I, Nährstoffumsatzprozesse:

1. Einflüsse der N- und C-Rhizodeposition auf die N- und C-Stabilisierung im Boden in Abhängigkeit vom Bewirtschaftungssystem und der Funktion der Bodenmikroorganismen.

2. Einfluss der Qualität von organischen Residuen auf die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz mit Fokus auf N.

3. Einfluss der anaeroben Fermentation von Hofdüngern auf Umsatzprozesse und Bodenqualität (in Verbindung mit Projekt Nr. 08.01.02.3)

Hauptziel 2, Grundbewirtschaftung und Grunddatenauswertung DOK und A493:

· Grundbewirtschaftung Versuche DOK und A493

· Koordination mit weiteren in diesen Versuchen tätigen Forschenden

· Grunddatenerhebung, Auswertung und Publikation

Knowlegde improvements / Publications (German)

Mayer, J., Buegger, F., Jensen, E. S., Schloter, M. and Heß, J. (2003): Estimating N rhizodeposition of grain legumes using a ¹⁵N in situ labelling method. Soil Biology and Biochemistry 35, 21 -28.

Mayer, J., Buegger, F., Jensen, E. S., Schloter, M. and Heß, J. (2004): Turnover of grain legume N rhizodeposits and effect of the rhizodeposition on the turnover of crop residues. Biology and Fertility of Soils 39, 153-164.

Wichern, F., Mayer, J., Joergensen, R.G. and Müller, T. (2007a): Rhizodeposition of C and N in peas and oats after ¹³C–¹⁵N double labelling under field conditions. Soil Biology and Biochemistry 39, 2527-2537.

Wichern, F., Mayer, J., Joergensen, R.G. and Müller, T. (2007b): Release of C and N from roots of peas and oats and their availability to soil microorganisms. Soil Biology and Biochemistry 39, 2829–2839.

Friedel, J.K. and Scheller, E. (2002): Composition of hydrolysable amino acids in soil organic matter and soil microbial biomass. Soil Biology and Biochemistry 34, 315 – 325.

Internal costs of the project (German)

- Für stabile Isotopenanalytik wird anstatt der Anschaffung eines eigenen IRMS ein Etat für externe Analysen geschaffen (billigere Lösung). Bedarf für Projekt 25'000 CHF / Jahr.

- Für die Durchführung des Projektes muss ein eigener Laborraum mit Abzügen, Gas-, Vakuum und Druckluftanschlüssen, deion. Wasser und geeignet für nasschemische Arbeiten zur Verfügung gestellt werden. Geschätzte Zusatzkosten für die Anschaffung von spezieller Ausstattung: 40'000 CHF.

- Installation einer Modellbiogasanlage für die Bearbeitung von Teilprojekt I.3. (Anlage in Tänikon ist nicht geeignet). Eigenleistung ART 30'000 CHF, Restfinanzierung über Drittmittel.