Verbleib des organischen Kohlenstoffs in Bodenfraktionen nach Landnutzungswechsel in den humiden Tropen

Abstract

Die organische Substanz im Boden stellt einen wesentlichen Anteil des terrestrischen Kohlenstoffreservoires dar. Ihre Zersetzung trägt zu bedeutenden Flüssen des globalen Kohlenstoffkreislaufs bei. Zum besseren Verständnis der Abbau und Stabilisierungsprozesse organischer Substanz im Boden wurde deren Speicherung im Gesamtboden und in Aggregat- und 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 den humiden Tropen Ecuadors von Standorten auf denen Landnutzungsänderungen (Wald > Weide, Wald > Weide > Sekundärwald) stattgefunden haben, die mit einem Vegetationswechsel von C3- zu C4-Pflanzen b! zw. von C3-über C4- zu C3-Pflanzen verbunden sind. Die Böden entwickelten sich aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien: marine tertiäre Sedimente und vulkanische Aschen. Sie unterscheiden sich deutlich in ihrer Speicherung und Stabilisierung von Kohlenstoff im Boden.Bestimmend für die Gesamtkohlenstoffgehalte in diesen Böden sind Ausgangmaterial und Textur. Charakteristisch ist, dass der größte Teil des organischen Bodenkohlenstoffs an Mineraloberflächen gebunden war. Deutlich höhere Kohlenstoffgehalte in den Vulkanascheböden verdeutlichen die höhere C-Sequestrierung von Al-Humuskomplexen und nicht-kristallinen Hydroxiden im Vergleich zu den von Smektiten dominierten Sedimentböden. Die Ergebnisse der chemischen Fraktionierung deuteten ebenfalls auf eine höhere Stabilität der mineralgebundenen organischen Substanz gegenüber Oxidation von NaOCl in den Vulkanascheböden hin. Zusätzlich konnte in diesen Böden mehr Kohlenstoff durch Na4P2O7 extrahiert werden, was auf die Bedeutung der Al-Humuskomplexe in diesen Böden zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu isolierte die Behandlung mit HCl in beiden Bodentypen einen festen Anteil des Kohlenstoffvorrates, was auf eine ähnliche Zusammensetzung der organischen Substanz in den Böden hinweist. Die höhere C-Sequestrierung in den Vulkanascheböden konnte auf eine höhere Speicherung von Kohlenstoff in der leichten Fraktion zurückgeführt werden.Unabhängig vom Ausgangsmaterial führten Abholzung und anschließende Weidenutzung zu einer Reduktion der Kohlenstoffvorräte im Boden. Zwar erhöhte die Wiederaufforstung der Weiden die Kohlenstoffvorräte, jedoch wurde das ursprüngliche Niveau der Wälder nicht an allen Standorten wieder erreicht. Dabei waren die Veränderungen im Kohlenstoffvorrat in den leichten Fraktionen deutlicher ausgeprägt als im Gesamtboden. Somit kann die leichte Fraktion als früher Indikator für Veränderungen der Kohlenstoffvorräte 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 Kohlenstoff 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 Kohlenstoff in den Sekundarwäldern der Vulkanascheböden gefunden werden. Neu eingetragener Kohlenstoff wurde somit in diesen Böden nicht stabilisiert. Jedoch wiesen die chemisch isolierten Fraktionen noch weidebürtigen Kohlenstoff 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.