Mechanism of soil organic carbon stabilization following land use conversion in the humid tropics
Final Report Abstract
Zum besseren Verständnis der Abbau- und Stabilisierungsprozesse organischer Substanz im Boden wurde die Speicherung der organischen Substanz im Gesamtboden und in Aggregatund Dichtefraktionen sowie in chemisch isolierten Fraktionen in Abhängigkeit von Bodeneigenschaften und Landnutzung quantifiziert. Weiterhin wurde die Stabilität von älterem, waldbürtigem Kohlenstoff sowie die Stabilität von kürzlich eingetragenem, weidebürtigem Kohlenstoff in diesen Fraktionen untersucht. Dazu wurden Fraktionierungsverfahren mit 13C Isotopenanalysen kombiniert. Die Bodenproben stammen aus dem Bereich der humiden Tropen Ecuadors von Standorten auf denen Landnutzungsänderungen (Wald - Grasland, Wald - Grasland - Wald) stattgefunden haben, die mit einem Vegetationswechsel von C3- zu Ölpflanzen bzw. von C3-über C4- zu C3-Pflanzen verbunden sind. Die Böden entwickelten sich aus unterschiedlichem Ausgangsmaterial (marine Tertiäre Sedimente und vulkanische Aschen), so dass sie sich bezüglich der Speicherung und Stabilisierung von Kohlenstoff im Boden deutlich unterschieden. Bestimmend für die Gesamtkohlenstoffgehalte in diesen Böden sind das Ausgangmaterial und die Textur. Dabei war der größte Teil des organischen Bodenkohlenstoffs (SOC) an die Mineraloberflächen gebunden. Deutlich höhere SOC-Gehalte in den Vulkanascheböden verdeutlichen die höhere C-Sequestrierung von AI-Humuskomplexen sowie nicht kristallinen Hydroxiden im Vergleich zu den Smektit dominierten Sedimentböden. Die Ergebnisse der chemischen Fraktionierung deuteten ebenfalls auf eine höhere Stabilität des mineralgebundenen SOC gegenüber Oxidation von NaOCl in den Vulkanascheböden hin. Zusätzlich konnte in diesen Böden mehr SOC durch Na4P2O7 extrahiert werden was die Bedeutung der AI-Humuskomplexe in diesen Böden verdeutlicht. Im Gegensatz dazu isolierte die Behandlung mit HCl in beiden Bodentypen einen festen Anteil des SOC-Vorrates, was auf eine ähnliche Zusammensetzung der organischen Substanz in den Böden hinweist. Die höhere C-Sequestrierung in den Vulkanascheböden konnte auch auf eine höhere Speicherung von SOC in der leichten Fraktion zurückgeführt werden. Unabhängig vom Ausgangsmaterial führten Abholzung und anschließende Weidenutzung zu einer Reduktion der SOC-Vorräte im Boden. Zwar erhöhte die Wiederaufforstung der Weiden die SOC-Vorräte, jedoch wurde das ursprüngliche Niveau der Wälder nicht an allen Standorten wieder erreicht. Dabei waren die Veränderungen im SOC-Vorrat in den leichten Fraktionen deutlicher ausgeprägt als im Gesamtboden. Somit kann die leichte Fraktion als früher Indikator für Veränderungen der SOC-Vorräte nach Landnutzungswechsel dienen. Die Korrelation von Aggregierung und der Menge der eingeschlossenen leichten Fraktion sowie deren langsame Umsatzzeit unterstützen die Hypothese, dass organische Substanz in beiden Bodentypen durch Aggregierung stabilisiert wird. Der erst vor wenigen Jahren eingebrachte weidebürtige SOC wies in den Vulkanascheböden deutlich kürzere Verweilzeiten auf als in den Sedimentböden. Die Mineraloberflächen der Sedimentböden bilden eine stärkere Interaktion mit der organischen Substanz aus. Im Gegensatz dazu, konnte in keiner der untersuchten Fraktionen noch weidebürtiger SOC in den Sekundarwäldern der Vulkanascheböden gefunden werden. Neu eingetragener SOC wurde somit in diesen Böden nicht stabilisiert. Jedoch wiesen die chemisch isolierten Fraktionen noch weidebürtiges SOC in den Weiden auf. Dies zeigt, dass keine der verwendeten chemischen Fraktionierungsmethoden geeignet ist, einen stabilen Pool zu isolieren, welcher unter Feldbedingungen vor mikrobiellem Abbau geschützt ist.
Publications
- Einfluss der Aggregierung auf die C - Speicherung in tropischen Böden in Abhängigkeit von Bodeneigenschaften und Landnutzung. Mitteilungen Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft, 107(2):653-654
Paul, S., Flessa, H., Veldkamp, E.
- Fate of organic carbon in soil fractions following land use conversion in the humid tropics. Dissertation, Universität Göttingen
Paul, S.
- Einfluss der Aggregierung auf die C - Speicherung in tropischen Böden in Abhängigkeit von Bodeneigenschaften und Landnutzung. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 03.-11.09.2005 in Marburg
Paul, S., Flessa, H., Veldkamp, E.
- Soil Organic Carbon Turnover in the Humid Tropics: Effects of Aggregation, Land use and Soil Type. 2nd International Conference "Mechanisms of organic matter stabilization and de stabilization in soils" 09-13.10.2005 in Monterey, CA, USA
Paul, S., Flessa, H., Veldkamp, E.
- Soil organic carbon storage in density fractions depends on soil type and land use in the humid tropics. Workshop Stabile Isotope in der Bodenkunde. 04-05.09.2006 Göttingen
Paul, S., Veldkamp, E., Flessa, H.
- Stabilisation of recent soil carbon in the humid tropics depends on soil type. Workshop Stabile Isotope in der Bodenkunde. 04-05.09.2006 Göttingen
Paul, S,, H. Flessa, E, Veldkamp, and M. Lopez-Ulloa
- Vorbehandlungsmethoden beeinflussen die Verteilung organischen Kohlenstoffs in Aggregat-Fraktionen tropischer Grasböden. Workshop Stabile Isotope in der Bodenkunde. 04-05.09.2006 Göttingen
Martinson, G., Paul, S., Veldkamp, E., Flessa, H.
