Phosphor-Gehalt und C/P-Verhältnis

Der Phosphor-Gehalt (s. Tab. 29) des unbehandelten Bodens im Topf-Versuch (0,6 mg/g) unterschied sich nicht signifikant von dem im Freiland gemessenen Wert (0,7 mg/g). Kalk-Gaben führten im Topf-Versuch zu keiner Veränderung (0,6 mg/g), während Kompost-Kalk-Gaben den Phosphor-Gehalt signifikant auf 0,9 mg/g erhöhten (s. Abb. 13 links).

Tab. 29: Phosphor-Bodengehalte [mg/g] u. C/P-Verhältnisse im Freiland-Versuch u. im Topf-Versuch in der Null-, Kalk- u. Kompost-Variante nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.; Ergebnisse von H-Tests [H] auf signifikante Unterschiede; Buchstaben kennzeichnen je Spalte homogene Gruppen nach U-Tests;

Fettdruck markiert signifikante Unterschiede gegenüber der Kontrolle im Topf-Versuch Versuch Variante (n) P [mg/g] C/P-Verhältnis

Freiland unbehandelt (12) 0,7 ± 0,19 a 6,5 ± 3,8 a

Das Verhältnis aus Kohlenstoff- und Phosphor-Bodengehalten betrug in der Gewächshaus-Nullvariante mit 13,2 etwa das Doppelte des Freiland-Wertes (6,5). In der Kalk-Variante lag das Verhältnis mit 15,3 etwas höher als in der Kontrolle. In der Kompost-Variante betrug es knapp das 3-fache des Kontrollwertes. Alle C/P-Verhältnisse unterschieden sich signifikant voneinander (s. Abb. 13 rechts). Zurückzuführen sind diese Ergebnisse auf die sehr unterschiedlichen Kohlenstoff-Gehalte der getesteten Varianten. Ungeachtet dieser großen Unterschiede sind die ermittelten C/P-Verhältnisse alle als sehr eng (< 50) und damit günstig einzustufen (BMELF 1997a).

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

ERGEBNISSE - BODEN

Abb. 13: Phosphor-Bodengehalte [mg/g] (links) u. C/P-Verhältnisse (rechts) im Freiland-Versuch (F “0“;

n=12) u. im Topf-Versuch in der Null- (T „0“; n=4), Kalk- (T „Ka“; n=12) u. Kompost-Variante (T „Ko“; n=6) nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.; Buchstaben kennzeichnen jeweils homogene Gruppen nach U-Tests

2.2.6. Weitere Nährelement-Gehalte

Die Bodengehalte (s. Tab. 30) der Nährelemente Kalium, Magnesium, Eisen und Aluminium waren im Topf-Versuch (unbehandelte Kontrolle) signifikant geringer als im Freiland-Versuch.

Sie lagen etwa bei 49 % (K), 55 % (Mg), 69 % (Fe) und 56 % (Al) der Freiland-Durchschnittswerte. Grund dafür könnte – neben unterschiedlichen Ausgangsbedingungen durch die Heterogenität des Haldensubstrats – die Auswaschung und Pflanzenaufnahme bei fehlender Nachlieferung im Verlauf des dreijährigen Topf-Versuchs sein (vgl. Schwermetall-Gehalte).

Zwischen den im Freiland- und im Topf-Versuch (unbehandelte Nullvariante) gemessenen Natrium-, Calcium- und Mangan-Gehalten bestanden keine signifikanten Unterschiede.

In den Töpfen mit Kalk- oder Kompost-Beimischung wurden gegenüber der Nullvariante sowohl signifikant höhere Calcium- und Magnesium- als auch signifikant höhere Mangan-Gehalte ermittelt.

Tab. 30: Nährelement-Bodengehalte [mg/g] im Freiland-Versuch u. im Topf-Versuch in der Null-, Kalk- u.

Kompost-Variante nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.; Ergebnisse von H-Tests [H] auf signifikante Unterschiede; Buchstaben kennzeichnen je Zeile homogene Gruppen nach U-Tests; Fettdruck markiert signifikante Unterschiede gegenüber der Kontrolle im Topf-Versuch

[mg/g] Freiland (n) Topf (n)

unbehandelt (12) Kontrolle (4) Kalk (12) Kompost (6) H

Na 0,6 ± 0,2 0,4 ± 0,02 0,4 ± 0,02 0,4 ± 0,02 6,65

K 18,1 ± 4,4 b 8,9 ± 0,4 a 8,7 ± 0,3 a 8,7 ± 0,2 a 23,30***

Ca 1,2 ± 1,0 a 1,2 ± 0,1 a 2,4 ± 0,6 b 4,1 ± 1,6 c 19,74***

Mg 5,3 ± 1,9 c 2,9 ± 0,1 a 3,5 ± 0,3 b 3,3 ± 0,2 b 12,61**

Fe 34,3 ± 10,7 c 23,6 ± 0,8 b 23,6 ± 0,7 b 22,1 ± 0,9 a 14,49**

Mn 0,2 ± 0,1 a,b 0,1 ± 0,01 a 0,2 ± 0,03 b 0,3 ± 0,05 c 14,26**

Al 59,6 ± 12,9 c 33,6 ± 0,9 a,b 33,5 ± 0,7 b 32,3 ± 1,2 a 22,81***

In der Kalk-Variante betrug der Calcium-Gehalt mit 2,4 mg/g das Doppelte, in der Kompost-0,0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

P [mg/g]

0 10 20 30 40 50

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

C/P-Verhältnis

a

a a b

a b c d

Gehalt stieg von 2,9 mg/g (unbehandelte Kontrolle) auf 3,5 mg/g mit Kalk- bzw. 3,3 mg/g mit Düngung. Der Mangan-Gehalt lag bei Kalk-Gabe mit 0,2 mg/g doppelt, bei Kompost-Gabe mit 0,3 mg/g 3-mal so hoch wie der Kontrollwert (0,1 mg/g).

Während der Anstieg der Calcium- und Magnesium-Gehalte durch die Kalk-Düngung aufgrund der Zusammensetzung des verwendeten Kalkprodukts („Dolomitkalk – Kohlensaurer Magnesiumkalk 90“ mit 55 % Calciumcarbonat (CaCO3) und 35 % Magnesiumcarbonat (MgCO3);

s. S. 19) erwartet worden war, ist der gegenüber der Kontrolle höhere Mangan-Wert in dieser Variante zunächst überraschend.

Hier kommt vermutlich eine Besonderheit des Topf-Versuchs zum Tragen, die so nicht auf Freiland-Bedingungen übertragbar ist. Im Verlauf des dreijährigen Untersuchungszeitraums wurde aller Wahrscheinlichkeit nach durch Auswaschung (Mangan wird stark verlagert und ausgewaschen; Scheffer & Schachtschabel 2010) und Pflanzenaufnahme ein Teil des Mangans

„verbraucht“ (und anders als im Freiland nicht nachgeliefert). Dieser Vorgang betraf vor allem die unbehandelten Kontrollen im Topf-Versuch, da hier ein sehr niedriger pH-Wert vorherrschte und folglich viel Mangan in Lösung war. In den Behandlungsvarianten mit erheblich höherem pH-Wert verblieb durch Festlegung und geringere Pflanzenaufnahme dagegen ein größerer Teil des Mangans bis Versuchsende im Boden.

Der Eisen-Gehalt war in der Kompost-Variante gegenüber der Kontrolle leicht, aber signifikant geringer, während die Kalk-Düngung hier keine Rolle spielte. Ebenfalls keinen Einfluss gemessen an der Nullvariante hatten die Kalk- und Kompost-Gaben auf die Natrium-, Kalium- und Aluminium-Gehalte des Bodens (wobei der Aluminium-Gehalt in den mit Kompost versetzten Töpfen leicht, aber signifikant geringer war als in der Kalk-Variante).

2.2.7. Effektive Kationen-Austauschkapazität

Die mittlere effektive Kationen-Austauschkapazität (AKe) der Kontrollen im Topf-Versuch betrug mit 45 mmol(+)/kg etwa die Hälfte des im Freiland gemessenen Mittelwertes (88 mmol(+)/kg), der jedoch kleinräumig stark schwankte, wie die hohe Standardabweichung erkennen lässt (s. Tab. 31).

Tab. 31: Effektive Kationen-Austauschkapazität [mmol(+)/kg] im Freiland-Versuch u. im Topf-Versuch in der Null-, Kalk- u. Kompost-Variante nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.; Ergebnisse von H-Tests [H] auf signifikante Unterschiede; Buchstaben kennzeichnen homogene Gruppen nach U-Tests; Bewertung nach AK Standortskartierung 2003 (Werte für B/C-Horizonte)

Versuch Variante (n) AKe [mmol(+)/kg] Bewertungsbereich Freiland unbehandelt (12) 88 ± 44 b mittel (ab 60 mmol(+)/kg) Topf

Kontrolle (4) 45 ± 3 a niedrig-mittel

Kalk (12) 65 ± 15 b mittel

Kompost (6) 146 ± 66 c mittel-hoch (ab 120 mmol(+)/kg)

H 14,21**

Kalk-Gaben erhöhten im Topf-Versuch die AKe gegenüber der Kontrolle signifikant auf durchschnittlich 65 mmol(+)/kg (Grund: pH-Anhebung). Kompost-Gaben konnten die AKe noch deutlich stärker auf im Mittel 146 mmol(+)/kg erhöhen (Gründe: pH-Anhebung und Einbringung organischer Substanz, die als Austauscher fungiert). Die Messwerte waren dabei trotz starker Schwankungen und damit großer Standardabweichungen (s. Tab. 31) sowohl gegenüber den

ERGEBNISSE - BODEN

Werten der Kontrolle als auch gegenüber den Werten der gekalkten Variante signifikant höher (s. Abb. 14).

Die niedrige-mittlere AKe des unbehandelten Haldensubstrats erhöhte sich somit durch Kalk-Gaben auf einen Wert im mittleren Bewertungsbereich, durch Kompost-Kalk-Gaben sogar auf einen Wert im mittleren-hohen Bewertungsbereich (AK Standortskartierung 2003; s. Tab. 31).

Abb. 14: Effektive Kationen- Austauschkapazität (AKe) [mmol(+)/kg] im Freiland-Versuch (F “0“; n=16) u.

im Topf-Versuch in der Null- (T „0“; n=6), Kalk- (T „Ka“; n=12) u. Kompost-Variante (T „Ko“; n=4);

Mediane, 25. u. 75. Perzentil (die Box repräsentiert 50 % der Werte), Spannweite (5. und 95. Perzentil), Minimum und Maximum; Buchstaben kennzeichnen homogene Gruppen nach U-Tests

2.2.8. Austauscherbelegung

Tab. 32: Austauscherbelegung, Basen-Sättigung (BS), Erdalkali-Sättigung (ES) sowie Summe der Protonen- und Eisen-Sättigungen [% der AKe] im Freiland-Versuch u. im Topf-Versuch in der Null-, Kalk- u. Kompost-Variante nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.; Ergebnisse von H-Tests [H] auf signifikante Unterschiede; Buchstaben kennzeichnen je Zeile homogene Gruppen nach U-Tests; Fettdruck markiert signifikante Unterschiede gegenüber der Kontrolle im Topf-Versuch

% der AKe

Freiland (n) Topf (n)

unbehandelt (12) Kontrolle (4) Kalk (12) Kompost (6) H

H 5,4 ± 5,0 b 13,2 ± 4,1 c 0,4 ± 1,1 a 0 ± 0 a 25,83***

Na 0,35 ± 0,35 a 1,5 ± 0,5 b 1,7 ± 0,4 b 1,4 ± 0,7 b 20,95***

K 1,7 ± 1,6 a 2,4 ± 0,5 a 2,0 ± 0,7 a 4,6 ± 2,6 b 11,67**

Ca 29,4 ± 25,9 a 22,0 ± 5,5 a 62,3 ± 7,7 b 80,6 ± 5,1 c 20,50***

Mg 20,4 ± 13,0 b 7,2 ± 1,5 a 29,2 ± 6,2 c 11,2 ± 3,8 a,b 14,73**

Fe 0,8 ± 1,0 b 1,7 ± 0,9 c 0,16 ± 0,24 a 0,22 ± 0,45 a 11,79**

Mn 0,98 ± 0,38 c 0,35 ± 0,10 a 0,66 ± 0,26 b 0,79 ± 0,87 a-c 11,01*

Al 41,1 ± 24,0 b 51,7 ± 7,3 b 3,5 ± 5,2 a 1,3 ± 1,8 a 24,00***

BS 52 ± 26 a 33 ± 7 a 95 ± 7 b 98 ± 3 b 24,34***

ES 50 ± 25 a 29 ± 7 a 92 ± 7 b 92 ± 4 b 23,86***

H+Fe 6,2 ± 5,5 b 14,9 ± 5,0 c 0,6 ± 1,3 a 0,2 ± 0,4 a 21,75***

0 50 100 150 200 250 300

F "0" T "0" T "Ka" T "Ko"

Variante

Akeges mmol(+)/kg

a b

b c

Abb. 15 a-k: Austauscherbelegung, Basen-Sättigung (BS), Erdalkali-Sättigung (ES) sowie Summe der Protonen- u. Eisen-Sättigungen [% der AKe] im Freiland-Versuch (F “0“; n=12) u. im Topf-Versuch in der Null- (T „0“; n=4), Kalk- (T „Ka“; n=12) u. Kompost-Variante (T „Ko“; n=6) nach 3 Jahren; MW u. Std.abw.;

Buchstaben kennzeichnen jeweils homogene Gruppen nach U-Tests

ERGEBNISSE - BODEN

Die Austauscherbelegung der Nullvariante im Topf-Versuch unterschied sich nach dreijähriger Versuchsdauer teilweise deutlich von der im Freiland-Substrat ermittelten (s. Tab. 32).

So waren die Anteile der Magnesium- und Mangan-Ionen signifikant niedriger als im Freiland-Versuch und betrugen jeweils etwa ein Drittel des Freilandwertes. Hier mögen Auswaschung und Pflanzenaufnahme bei fehlender Nachlieferung im Versuchsverlauf eine Rolle spielen.

Die Anteile der Protonen, der Eisen- und der Natrium-Ionen an der AKe im eingetopften Substrat lagen dafür signifikant höher (H: doppelt, Fe: 2,5-mal, Na: 4-mal so hoch wie im Freiland). Da die Natrium-Sättigung in allen drei untersuchten Topf-Versuch-Varianten etwa gleich hoch ist, kann dies eher auf unterschiedliche Ausgangsbedingungen durch die Heterogenität des Haldensubstrats zurückgeführt werden.

Bei der Calcium- und Kalium-Sättigung bestanden keine signifikanten Unterschiede zwischen Freiland- und Topf-Versuchen (unbehandelte Kontrolle).

Mit Kalk- bzw. Kompost-Düngung lag im Topf-Versuch der Anteil der Calcium-Ionen an der Austauscherbelegung signifikant deutlich höher als in der unbehandelten Kontrolle (s. Abb.

15g). Dabei stieg die Calcium-Sättigung je nach Variante signifikant unterschiedlich stark an, mit Kalk-Gabe auf 62 %, mit Kompost-Gabe auf 81 % (Nullvariante: 22 %).

Da Magnesiumkalk verwendet wurde (s. S. 19), erhöhte sich in der Kalk-Variante zudem der Anteil der Magnesium-Ionen an der Austauscherbelegung deutlich von 7 % auf 29 % (s. Abb.

15f), was einen vergleichsweise sehr hohen Sättigungsgrad darstellt.

In beiden Düngevarianten machen die Ca- und Mg-Sättigungen zusammengenommen über 90 % des Ionenbelages aus, was mit Werten in den meisten schwach sauren bis neutralen landwirtschaftlich genutzten Böden vergleichbar ist (Scheffer & Schachtschabel 2010).

In der Kompost-Variante war außerdem ein signifikanter Anstieg des Kalium-Anteils zu messen, der sich von 2,4 % auf 4,6 % verdoppelte (s. Abb. 15e). Die Natrium-Sättigung blieb von den verwendeten Bodenhilfsstoffen unbeeinflusst (s. Abb. 15d).

Dagegen bewirkten die Kalk- und Kompost-Gaben durch Anhebung des pH-Wertes bei den Protonen-, Eisen- und Aluminium-Sättigungen einen signifikanten Rückgang gegenüber der Kontrolle (s. Abb. 15a, b, j). Somit wurde die Ionenkonkurrenz verringert, was sich positiv auf die den Pflanzen zur Verfügung stehenden Nährstoffe auswirkt (Scheffer & Schachtschabel 2010). Der Protonen-Anteil an der AKe ging von 13 % auf knapp über Null (Kalk-Variante) bzw.

Null Variante) zurück. Der Eisen-Ionen-Anteil sank von 1,7 % auf 0,22 % (Kompost-Variante) bzw. 0,16 % (Kalk-(Kompost-Variante). Die Aluminium-Sättigung nahm deutlich von 52 % in der unbehandelten Kontrolle auf 3,5 % mit Kalk- und 1,3 % mit Kompost-Düngung ab.

Der Mangan-Anteil an der Austauscherbelegung war in der gekalkten Variante signifikant höher (s. Abb. 15k) und lag mit 0,66 % etwa doppelt so hoch wie in der Nullvariante (0,35 %), während in der Kompost-Variante stark schwankende Werte (relativ hoher Mittelwert mit hoher Standardabweichung) gemessen wurden. Die Ursache dafür ist in einer Reduzierung des Mangans durch Auswaschung und Aufnahme bei fehlender Nachlieferung in der unbehandelten Kontrolle zu vermuten (siehe auch unter: Nährelement-Gehalte im Boden).

2.2.9. Basen-Sättigung

Die Basen-Sättigung (Summe der Anteile von Na-, K-, Ca-, Mg-Ionen an der Austauscherbelegung) des unbehandelten Haldensubstrats nach dreijährigem Topf-Versuch lag mit 33 % im mittleren Bewertungsbereich (BMELF 1997b, AK Standortskartierung 2003).

Zwischen der in der Nullvariante des Topf-Versuchs und der im Freiland ermittelten BS (52 %;

mäßig hoch bzw. basenreich) bestand aufgrund der hohen Standardabweichung des Freiland-Mittelwertes (s. Tab. 32) kein signifikanter Unterschied. Sowohl Kalk als auch Kompost erhöhten die BS gegenüber der Kontrolle signifikant (s. Abb. 15h) auf sehr hohe Werte (95 % bzw. 98 %).

2.2.10. Vergleich Nährelement-Gehalte und Nährelement-Sättigungen

Im Dokument Rekultivierung von Tagebaufolgeflächen mit verschiedenen Bodenhilfsstoffen und Baumarten (Seite 80-86)