Der P-Kreislauf in Grünland- und Waldökosystemen verschiedener Biodiversität und Landnutzungsintensität
Phosphor (P) ist neben Stickstoff (N) ein essentieller Nährstoff für das Organismenwachstum. Vor allem im Hinblick auf genutzte Ökosysteme und die vorausgesagte Erschöpfung der P-Dünger-Ressourcen sind Kenntnisse über die P-Transformationsprozesse im Boden von entscheidender Bedeutung.
Ergebnisse des vorangegangenen Teilprojektes DYNPHOS haben gezeigt, dass auf der Schwäbischen Alb Pflanzendiversität die P-Verfügbarkeit im Boden durch effizientere Ausnutzung des Boden-P-Pools beeinflusst. Unklar bleibt aber, ob der kombinierte Einfluss von Landnutzungsintensität und Pflanzenartenzahl zu einem geschlossenen P-Kreislauf führt und damit einen geringeren P-Düngereinsatz bei gleichbleibender Produktivität ermöglicht.
Ziel ist, die Effekte der Landnutzungsintensität und Pflanzendiversität auf
- die Brutto-P-Mineralisation,
- mikrobielles Biomasse-P und
- gelöste P-Austräge (PO4-P und organischer P)
auf den Grünland- und Waldflächen der 3 Experimentierplots (n = 300) zu untersuchen.
Der Landnutzungsindex (LUI) wirkt sich unterschiedlich auf den P-Kreislauf aus, je nachdem ob es sich um ein Grünland- oder Waldökosystem handelt. Während hohe Landnutzungsintensität im Wald mit erhöhtem P-Entzug gekoppelt ist, wird dieser in Grünland durch Düngen (über-) kompensiert. Getrennt für Grünland- und Waldökosysteme sollen folgende Hypothesen getestet werden:
Waldökosystem:
1a. Ein hoher LUI reduziert das Pflanzenwachstum, die Blatt-P-gehalte und Wurzel-Exsudation. Die Brutto-P-Mineralisation korreliert daher negativ mit dem LUI.
1b. Eine zunehmende Pflanzendiversität resultiert in einem ausgeglichenen Mikroklima und in erhöhter mikrobieller Aktivität. Dadurch wirkt sich die Pflanzendiversität bei vergleichbarem LUI positiv auf die Brutto-P-Mineralisation aus.
2a. Ein hoher LUI bedingt eine Abnahme der Biomasse und dadurch eine Abnahme der Wurzelmasse und Wurzel-Exsudation im Boden. Daher hängen mikrobielles Biomasse-P mit dem LUI negativ zusammen.
2b. Die Brutto-P-Mineralisation und damit verbunden die Biomasse nimmt mit der Pflanzendiversität zu. Demzufolge gilt: bei vergleichbarem LUI steigt das mikrobielle Biomasse-P mit der Pflanzendiversität.
3a. Ein hoher LUI reduziert die P-Verfügbarkeit im Boden und damit nimmt der gelöste P-Austrag (PO4-P und organischer P) ab.
3b. Aufgrund steigender P-Aufnahme durch die Pflanze und steigendem mikrobiellen Biomasse-P wirkt sich die Pflanzendiversität bei vergleichbarem LUI negativ auf den Austrag von PO4-P und gelösten organischen Phosphors (DOP) aus.
Pflanzendiversität kann einen Beitrag zum Erhalt der gegenwärtigen P-Verfügbarkeit in Waldböden trotz zukünftig zunehmender P-Limitierung leisten.
Grünland:
1c. Ein hoher LUI zieht einen erhöhten N- (und P-) Eintrag in den Boden nach sich, somit nehmen Wurzelmasse und Wurzel-Exsudation sowie Brutto-P-Mineralisation ab.
1d. Bei vergleichbarem LUI spiegeln sich die positiven Effekte des Mikroklimas und die Diversität des Substratabbaus in einer ansteigenden Brutto-P-Mineralisationsrate in hoch diversen Ökosystemen wider.
2c. Hohe N- (und P-) Einträge im Falle eines hohen LUI führen zu einer Abnahme der mikrobiellen Biomasse. Daher nimmt der mikrobielle Biomasse-P mit steigendem LUI ab.
2d. Unter vergleichbarem LUI steht die steigende Brutto-P-Mineralisationsrate in hoch diversen Ökosystemen in Bezug zur steigenden mikrobiellen Biomasse.
3c. Aufgrund des zunehmenden P-Eintrages und der abnehmenden mikrobiellen Biomasse-P forciert ein hoher LUI den PO4-P und DOP Austrag.
3d. Bei vergleichbarem LUI führt Pflanzendiversität zu einer Abnahme des PO4-P und DOP Austrages aufgrund zunehmender Aufnahme durch die Pflanze und durch mikrobielle Biomasse.
Dies bedeutet, dass Pflanzendiversität das Risiko des P-Austrages bei hohem LUI im Grünland reduzieren kann.
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