Phosphorbilanz im traditionellen Anbausystem und im Anbau ohne Brennen am Standort Cumarú

Die P_i-Konzentration beträgt vor dem Brennen im traditionellen Anbausystem (mit Brennen) in 0-10 cm Bodentiefe 3,7 mg kg^-1, im Anbau ohne Brennen (Behandlung 4) 4,0 mg kg^-1 (Tabelle 36). Sie unterscheiden sich nicht von der Konzentration in der Brache (Behandlung 1

= Referenz), die 3,9 mg kg^-1 beträgt. Von dem Schlagen der Brachevegetation ist folglich kein unmittelbarer Effekt auf die P_i-Konzentration des Bodens in 0-10 cm ausgegangen.

Nach dem Brennen kommt es im traditionellen Anbau zu einem Anstieg der P_i-Konzentration um 2 bzw. 3 mg kg^-1. Eine Woche nach dem Brennen beträgt die Konzentration 5,7 mg kg^-1, 4 Wochen nach dem Brennen 6,7 mg kg^-1. Auch im Anbausystem ohne Brennen ist ein Anstieg der Pi-Konzentration nachweisbar: dieser ist nach 4 Wochen mit 1,5 mg kg^-1 jedoch nur halb so groß ist wie im traditionellen Anbausystem. Die Differenz zwischen beiden Anbausystemen erklärt sich praktisch durch den P-Input über die Asche. HÖLSCHER (1995) fand in der Asche einer 7-jährigen Brache (Chronosequenz Marcelino) P-Konzentrationen von 0,8-5,0 mg g^-1 (Median = 2,8 mg g^-1), was rein rechnerisch einer Konzentrationszunahme in 0-10 cm Bodentiefe von 0,4-11,5 mg P kg^-1 (Median=3,7 mg P kg^-1) entspricht (Bodendichte:

1,3 g cm^-3; Daten nicht dargestellt). DENICH & KATO (1993) geben mit 4,7 mg g^-1 höhere P-Konzentrationen in der Asche des Cumarú-Versuches an, wobei aber nicht die gesamte Asche der Analyse zugeführt wurde, sondern nur der in heißer Salzsäure (1N) lösliche Anteil (DENICH, pers. Mitteilung). Folglich kann auch nicht der P-Eintrag über die Gesamtaschemenge hochgerechnet werden. Nimmt man nun an, daß die P-Konzentration in der Gesamtasche in Cumarú ähnliche Werte aufwies wie bei HÖLSCHER (1995), also 2,8 mg g^-1 (Median) wäre der P-Eintrag in Cumarú mit 0,3-4,4 mg P kg^-1 Boden (Median = 1,7 mg P kg^-1) nur halb so hoch wie in der jährigen Brache. Grund ist, daß beim Brennen der 7-jährigen Brachevegetation mit 695-2996 kg ha^-1 (Median = 1703 kg ha^-1) etwa doppelt so hohe Aschemengen anfielen als beim Brennen der 4-jährigen Brache in Cumarú (517-1143 kg ha^-1, Mittel = 811 kg ha^-1). Der durch das Brennen bedingte P_i-Anstieg im Boden beträgt also im Median 1,7 mg kg^-1.

Dennoch kommt es in beiden Anbausystemen zu einem nicht unmittelbar erklärbaren Anstieg der P_i-Konzentration von ca. 1,5 mg kg^-1. Als hauptsächliche P-Quellen kommen zu diesem Probenahmezeitpunkt ein später Effekt des Schlagens der Brachevegetation in Betracht, da-durch verursacht, daß erst relativ spät (im Dezember) die ersten Regenfälle fielen. Denn daß der Beginn der Regenzeit einen Einfluß auf die P_i-Konzentration haben könnte, wird dadurch belegt, daß es auch in der Referenzfläche, der 4-jährigen Brache, zu einem Anstieg die P_i -Konzentration Ende Dezember um knapp 1 mg kg^-1 kommt. Also kann man von einem Effekt der Wiederbefeuchtung des Bodens und einem damit einhergehenden Mineralisierungsschub als Ursache für die erhöhte P_i-Konzentration ausgehen. Im traditionellen Anbau liegt der P_i

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Anstieg jedoch auch im Bereich dessen, was sich durch den P-Ascheeintrag erklären ließe (s.o.).

11 Wochen nach dem Brennen wurde eine drastische Zunahme der P_i-Konzentration auf 18,1 mg kg^-1 gemessen (Tabelle 36). Drei Wochen zuvor war der Mais gesät und mineralisch gedüngt worden. Die ausgebrachte P-Düngermenge betrug 28 kg P₂O₅ ha^-1, was bei einer Bodendichte von 1,3 g cm^-3 einer theoretischen Konzentrationserhöhung von 9,4 mg P kg^-1 in 0-10 cm Bodentiefe entspricht. Bilanziert man die P-Einträge, so zeigt sich, daß die Dünger-gabe nicht vollends den Anstieg der P-Konzentration auf 18,1 mg kg^-1 erklärt. Diese liegt um 2,0 mg kg^-1 über dem rechnerisch ermittelten P-Gehalt von 16,1 mg kg^-1 (Tabelle 36). Es ist zu vermuten, daß diese Differenz an anorganischem Phosphor (P_i) aus der mikrobiellen Biomasse freigesetzt wurde. Denn deren Gehalt ist noch 8 Monate nach dem Brennen im traditionellen Anbausystem 2,8 mg kg^-1 niedriger als in der Brache (Referenz) bzw. 4,6 mg kg^-1 geringer als im Anbausystem ohne Brennen (vgl. 3.3.3, Tabelle 34).

Auch in Untersuchungen anderer Autoren wurde ein Anstieg der Konzentration an anorgani-schem P_i festgestellt. Dabei wurden Bodenproben entweder nur einer Hitzebehandlung unter-zogen (SERRASOLSAS & KHANNA 1995b) oder - wie im vorliegenden Fall - Pflanzenmaterial verbrannt (ANDRIESSE & KOOPMANS 1984, ANDRIESSE & SCHELHAAS 1987 in Malaysia, SAA

et al. 1993 in Spanien, ROMANYÀ et al. 1994 in Australien), so daß es zu einem Eintrag an Asche kam. Als mögliche Ursachen für den P_i-Anstieg werden genannt: (a) P-Freisetzung durch Mineralisierung der mikrobiellen Biomasse, (b) Abbau der organischen Substanz durch chemische Veränderungen des Bodenmilieus, (c) Mineralisierung organischen Phosphors und (d) die Lösung von leicht-extrahierbaren Eisen- und Aluminiumphosphaten (SERRASOLSAS &

KHANNA 1995b).

Im Gegensatz zu der P-Bilanz im traditionellen Anbausystem ist die Bilanz im Anbau ohne Brennen mit -5,9 mg kg^-1 negativ (Tabelle 36). Es ist hier also scheinbar nicht zu einer Mineralisierung des mikrobiell gebundenen Phosphors gekommen, sondern im umgekehrten Prozeß anorganisches P_i in der mikrobiellen Biomasse festgelegt worden ist: extrahierbares P ist aufgrund des weiten C:P-Verhältnisses des Mulchmaterials immobilisiert worden. Dafür sprechen auch die erhöhten P_mik-Gehalte, die 8 Monate nach dem Brennen analysiert wurden.

Sie liegen zwar mit 19,1 mg kg^-1 nur um 1,9 mg kg^-1 über dem P_mik-Gehalt der Brache (17,2 mg kg^-1), jedoch deutlich, und zwar um 4,6 mg kg^-1, über dem des Anbausystems mit Brennen (14,5 mg kg^-1; Tabelle 34 und Tabelle 39).

Zeitreihe

Brache (Referenz) 3,9 4,7 4,0 5,0 2,7

1 T-Test zum Vergleich der beiden Anbausysteme bei ein und derselben Probenahme

2 T-Test zum Vergleich aufeinanderfolgender Probenahmen. Das Signifikanzniveau bezieht sich jeweils auf die vorangegangene Probenahme (=Kasten).

Beispiel: die P_i-Konzentration von 5,7 mg kg^-1 im traditionellen Anbau 6 Tage nach dem Brennen unterscheidet sich mit einem Signifikanzniveau von p < 0,001 von der vor dem Brennen gemessenen P_i-Konzentration (3,7 mg kg^-1).

3 Wert wurde nicht gemessen, sondern von vorangegangener Probenahme übernommen

4 Differenz zwischen “3 Wo. n.d. Maissaat” und “Maisentzug”

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Verfolgt man die P-Bilanz weiter bis zur Maisernte, stellt man fest, daß bereits 16 Wochen nach dem Brennen (8 Wochen nach der Maissaat) die P_i-Konzentration im Anbausystem mit Brennen deutlich zurückgeht, und zwar um 6,4 mg kg^-1 auf 11,7 mg kg^-1, sich jedoch im An-bausystem ohne Brennen nicht verändert hat. Der Maisentzug ist zwar im Anbau mit Brennen mit 4,1 mg kg^-1 höher als im Anbau ohne Brennen (3,5 mg kg^-1; zum Zeitpunkt der Ernte bestimmt), was jedoch nicht hinreichend den extremen Rückgang der P-Konzentration im Anbausystem mit Brennen erklärt. Im Anbausystem mit Brennen "fehlen" zum Zeitpunkt der Maisernte in der Bilanz 5,6 mg P_i kg^-1.

Als Ursachen für den starken Rückgang der P_i-Konzentration in 0-10 cm Bodentiefe des An-bausystems mit Brennen kommen in Betracht: (a) P-Adsorption, (b) Ausfällung von P_i durch Anstieg des pH-Wertes, (c) Immobilisierung von P_i in der mikrobiellen Biomasse (SERRASOLSAS & KHANNA 1995b) - Dem widerspricht, daß die P_mik-Konzentration 8 Monate nach dem Brennen gegenüber der Brache abgenommen hat (s.o.). Es ist jedoch nicht bekannt, wie hoch die P_mik-Konzentration zu Beginn der Anbauphase war, (d) P-Auswaschung - In 10-20 cm stieg die P_i-Konzentration während der Maiskultur um 1 mg kg^-1 (16 Wochen nach dem Brennen) und zum Zeitpunkt der Maisernte um 1,4 mg kg^-1. Obwohl dieser Konzentrationsanstieg statistisch nicht signifikant ist, könnte er ein Hinweis darauf sein, daß es zu vertikalen P-Verlagerungen gekommen ist, u.U. in tiefer als 20 cm gelegene Boden-schichten. HÖLSCHER (1995) gibt zwar nur geringe P-Austragsraten von 0,3-0,5 kg ha^-1 a^-1 an (was einer Abnahme der P_i-Konzentration um lediglich 0,23-0,38 mg kg^-1 a^-1 entspräche), diese Angaben beruhen jedoch auf Messungen der P-Konzentrationen im Sickerwasser in 105 cm Bodentiefe. Nicht erfaßt wurden dabei P-Verlagerungen aus dem Oberboden, die oberhalb 105 cm Bodentiefe verblieben. Da einerseits in 0-20 cm deutlich höhere P-Konzentrationen vorliegen als in tieferen Bodenschichten und andererseits die P-Mobilität im Boden sich i.a. nur auf geringe räumliche Distanzen beschränkt, ist es sehr wahrscheinlich, daß der P-Austrag aus der Bodenschicht 0-20 cm ein höheres Niveau hat, als die von HÖLSCHER (1995) angegebenen Werte.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die mikrobielle Biomasse in intensivem Austausch mit dem anorganischen P-Pool steht. Das belegt auch die enge negative Korrelation (r = -0,9139***, n=8) zwischen den P_i- und P_mik-Konzentrationen, errechnet aus Daten, die zu Beginn der natürlichen Sukzession der Brachevegetation erhoben wurden. Es scheint, daß die mikrobielle Biomasse im traditionellen Anbau als Quelle für extrahierbares P fungiert, im Anbau ohne Brennen dagegen als P_i-Sink (wie übrigens auch in der Brache).

Betrachtet man die P-Dynamik aus Sicht der Pflanzenernährung (wobei wir davon ausgehen, daß der Gehalt an extrahierbarem P dem pflanzenverfügbaren Phosphor entspricht), läßt sich folgendes feststellen:

(a) im Anbausystem mit Brennen (und mit Düngung) liegt für den Mais - gemessen an dessen Bedarf - zu Beginn der Kultur eine Luxusversorgung mit anorganischem Phosphor vor und (b) im Anbausystem ohne Brennen (und mit Düngung) liegen das P-Angebot und der

P-Bedarf der Maiskultur enger zusammen. Ohne mineralische P-Düngung läge die P-Versorgung u.U. unter dem Bedarf der Kulturpflanze.

4.1.2 Veränderung der enzymatischen Aktivitäten durch den Verzicht auf das