Institut für Landwirtschaft
KERNFORSCHUNGSANLAGE JOLICH
des Landes Nordrhein-Westfalen-e.V.
UNTERSUCHUNGEN ZUR FIXIERUNG DES NITRIT-STICKSTOFFS DURCH DIE
ORGANISCHE MASSE DES BODENS
von
F. ~ ühr und). M. Bremner
Jül-204-LW 1964
Berichte der Kernforschungsanlage Jülich
Institut für Landwirtschaft Jül - 204 - LW
Dok.: Soil Chemistry
Soils - Nitrogen Fixation Nitrite
DK: 631.417: 661.5: 546.173
Nr. 204
Zu beziehen durch: ZENTRALBIBLIOTHEK der Kernforschungsanlage Jülich,
Jülich, Bundesrepublik Deutschland
SONDERDRUCK aus
18. SONDERHEFT
zur Zeitschrift »Landwirtschaflliche Forschung«
zugleich Zeitschrift des Verbandes Deutscher landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten
Herausgegeben von 1 H. Kick, Bonn; U. Ruge, Homburg; F. Sehelfer, Göttingen;
E. Schlichting, Stuttgart-Hohen heim; l. Schmitt, Darmstadt; W. Wöhlbier, Stuttgart-Hohenheim
Stand und Leistung agrikulturchemischer und agrarbiologischer Forschung
XI
•
J. D. S A U E R l A N D E R ' S V E R L A G, F R A N K F U R T A M M A 1 N
L. Schmitt 0. Svanberg H. Linser U. Schwertmann F. Führ und M. Bremner H.Rid
H. Bortels F. Zürn
U. Marckwordt und E. A. Niederbudde E. Saalbach
H. Marschner
K. Menge!
K. Kaindl und H. Altmann F. H. B. Vermeulen E. Welle und W. Werner 0. Werk
K.-H. Niesar A. Pfau
W. Steffens und K. H. Menke H. W.Hohls
Christiane Zentz
H. Eifrig
H. W. Scharpenseel W. Bussler
INHALTSVERZEICHNIS
Agrikulturchemie und Agrarbiologie als Fundamente eines fortschrittlichen Landbaues . . . . 3 Der deutsche Beitrag zu den Erkenntnissen der land-
bauwissenschaftlichen Forschung . . . . 14 Vom biologischen Phänomen des Wachstums . . . . 18 Neuere Ergebnisse auf dem Gebiet der Tonminera-
logie von Böden . . . . 34 Untersuchungen zur Fixierung des Nitrit-Stickstoffs
durch die organische Masse des Boden . . . . 43 Bodentyp und Bodenfruchtbarkeit . . . . 52 Die Bedeutung der Organismen des Bodens für seine
Fruchtbarkeit . . . . 59 Bodenuntersuchungsergebnisse in langjährigen Dün-
gungsversuchen auf dem Grünland und im Feld- futterbau . . . . 67 Tracerversuche zur Verfügbarkeit des Kaliums
in fixierenden Böden . . . . 75 Zur Bestimmung des Schwefelversorgungsgrades von
Böden und landwirtsdJ.aftlidJ.en Nutzpflanzen . . . Aktive und passive Ionenverlagerung durch die Pflan-
zenwurzel in den Sproß unter dem Einfluß der Transpiration . . . . Der Einfluß von ATP-Zugaben und weiterer Stoff-
wedJ.selagentien auf die Rb-Aufnahme abgesdJ.nit- tener Gerstenwurzeln . . . . Die Methoden der Neutronenaktivierungsanalyse in der biologisdJ.en und landwirtschaftlidJ.en ForsdJ.ung Anwendung der elektronisdJ.en Apparatur RAMAC (IBM 305) für Düngungsratschläge . . . . Uber die Magnesium-Anreicherung des Weidefutters durdJ. Düngungsmaßnahmen . . . . Intensive Grünlandnutzung und Tiergesundheit . . . Futterfette und FettsäurestoffwedJ.sel als qualitäts-
beeinflussende Faktoren tierisdJ.er Lebensmittel . . Bestimmung des FleisdJ.- und Fettgehaltes lebender
SdJ.weine mit Hilfe der RadioisotopentedJ.nik . Die Koprophagie bei Küken und Masthähnchen;
eine quantitave UntersudJ.ung mit 6°Co . . . . Der Einfluß der Dämpfungsart auf die Qualität von
SojaextraktionssdJ.roten . . . . Die Anwendung der DünnschidJ.tdJ.romatographie für die Analyse natürlicher und synthetisdJ.er Anti- oxydantien . . . . Die Qualität des eingeführten Gemüsesaatgutes
unter Berücksichtigung samenpathologischer Unter- suchungsergebnisse . . . . Radiologische Methoden im Dienste der Erforschung einer tropischen Kokospalmenkrankheit . . . . . Die Bedeutung der Uberschrift einer Veröffentlichung
für die Dokumentation
84
91
99
101 108 112 119
128 139 149 150
152
154 158
K. Chr. Graf von Rothkirch-Trach Das Positionsreferat . . . . . R. Herrmann Landwirtschaft und Ernährung
in Herodots Geschichtswerk
172 177 179
Untersuchungen zur Fixierung des Nitrit-Stickstoffs durch die organische Masse des Bodens')
(Aus der Arbeitsgruppe Landwirtschaft der Kernforschungsanlage Jülich des Landes NRW - e. V.,
und dem Department of Agronomy der Iowa State University, Ames, lowa, USA) Von F. FÜHR2) und J. M. BREMNER3)
Untersuchungen über Reaktionen, die für gasförmigen Verlust von Stickstoff verantwort- lich sein können, haben gezeigt, daß ein solcher Verlust in vielen Fällen mit einer Anhäu- fung von Nitrit im Boden verbunden ist, und daß Verlust von Stickstoff unter aeroben Bedingungen sowohl die Folge einer Denitrifikation von Nitrat als auch einer Zersetzung von Nitrit sein kann (1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 8). Neben der Nitritzersetzung zu Nitrat (1/a) und Stickoxid (2/s) wurden aber auch elementarer Stickstoff (N2) und Stickoxidul (N20) bei Nitritreaktionen im Boden festgestellt (4, 7, 9). Der N2 könnte als Folgeprodukt der VAN
SLYKE·Reaktion entstehen (3, 10, 11), doch kommt dieser nach neueren Untersuchungen im Boden kaum eine Bedeutung zu (1, 4). Dagegen wurde vermutet, daß organische Boden- bestandteile bei der Umwandlung von Nitrit-N in gasförmige N-Verbindungen eine Rolle spielen. Tatsächlich fand BREMNER (12) bei Reaktionen zwischen Nitrit und Huminsäuren unter sauren Bedingungen, daß sowohl N2 und N20 als auch NO gebildet wurden. Da aber gleichzeitig der Stickstoffgehalt der Huminsäurepräparate mit zunehmender Reaktionsdauer beträchtlich anstieg, schloß er auf einen Einbau des Nitrit-Stickstoffs in die Huminsäure.
Versuche mit verschiedenen Ligninen und Huminsäurepräparaten erbrachten den Beweis, daß auf Grund von Reaktionen zwischen Nitrit und Lignin, bzw. der Ligninfraktion der Huminsäuren eine Nitrit-N-Fixierung stattfindet unter gleichzeitiger Entwicklung von Stick- stoffgasen und unter Verlust von Methoxylgruppen.
Ausgebend von diesen Ergebnissen wurde die Fixierung von Nitrit-N, d. h. die Uber- führung von N02 --N in organische Bindungsformen, untersucht. BR.EMNER. und FÜHR. (13, 14) konnten dabei unter Verwendung von 15N-markiertem Natriumnitrit folgendes zeigen:
1. Die zur Fixierung von Nitrit-N führende Reaktion tritt in sauren, neutralen und leicht alkalischen Böden auf.
2. Die Fixierung beruht auf Reaktionen zwischen der organischen Masse des Bodens und Nitrit.
3. Bei dem Fixierungsprozeß handelt es sich um rein chemische Vorgänge ohne Beteili- gung von Mikroorganismen.
4. Die Ugnin-Derivat-Fraktion des Humus scheint in erster Linie für die Fixierung von Nitrit-N verantwortlich zu sein.
5. Die Reaktionsprodukte haben Nitrosocharakter.
6. Die Reaktionen sind pH abhängig, und zwar werden mit fallendem pH-Wert steigende Mengen an Nitrit-N fixiert.
1. Bei geringem Nitritangebot wird relativ mehr Nitrit-N in organische Bindungsform über- führt als bei hohem Angebot.
8. Mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt wird die Fixierungsreaktion unterbunden.
Im folgenden soll nun über weitere Untersuchungen zur Nitritfixierung durch die orga- nische Masse des Bodens berichtet werden.
1) Journal Paper No. J-4746 of the Iowa Agricultural and Home Economics Experiment Station, Ames, Iowa, USA, Project No. 1070.
2) Dr. F. FÜHR., Arbeitsgruppe Landwirtschaft der Kemfo1schungsanlage Jülich des Landes NRW - e. V., Bonn, Meckenheimer Allee 176, Deutschland.
8) Prof. Dr. J. M BREMNER., Department of Agronomy, Iowa State University, Ames, Iowa, USA.
Material und Methoden
In Tabelle 1 sind einige charakteristische Daten der benutzten Böden zusammengestellt.
Die Böden wurden lufttrocken gemahlen und durch ein 100 mesh-Sieb (< 0,14 mm) gesiebt.
Organischer Kohlenstoff wurde nach MEBms (15) bestimmt, Gesamt-N nach der Mikro- KJELDAHL-Methode (16) und pH-Werte mit der Glaselektrode (Boden : Wasser = 1 : 2).
Die Sterilisation der Böden wurde 30 Min. im Autoklaven bei 120° C durchgeführt. Nach Behandlung mit Nitritlösungen wurden die Bodenproben in einem Vakuumexsiccator über konz. H2S04 unter schwachem Vakuum getrocknet. Normalerweise dauerte der Trock- nungsprozeß 24-48 h.
Tab.1
Daten der benutzten Böden
pH Org. C Gesamt-N
Boden Tiefe in cm Bodenart
in °/o in °/o
Marshall R 0-15 Schlufflehm 5,1 2,21 0,19
Waupun 0-15 Schlufflehm 5,4 2,67 0,25
Moor 0-15 Moorboden 6,8 27,1 2,1
Die anorganischen Stickstofformen wurden mit Hilfe von Dampfdestillationsmethoden bestimmt unter Verwendung von 2 n KCl als Extraktionsmittel für austauschbares Ammo- nium, Nitrat und Nitrit (17). Für Gesamtstickstoff (organisch) fand die Mikro-KJELDAHL- Methode Anwendung (16). Die verschiedenen organischen Stickstofformen in den Hydroly- saten wurden im neutralisierten Hydrolysat mit Hilfe von Dampfdestillationsmethoden nach BREMNER (18) bestimmt.
Das im Versuch benutzte Na15N02 wurde vom O!Hce National Industrie] de J'Azote, Paris, Frankreich, bezogen. Der Stickstoff hatte einen 15N-Gehalt von 27,5 Atom-Prozent. Die
15N/14N-Verhältnisse wurden massenspektrometrisch (Consolidated Elektrodynamics Cor- poration Model 21-620) gemessen (19).
Versuche und Ergebnisse
Je 100 g sterilisierter Waupun- oder Marshall-Boden wurden mit 75 ml Na15N02-Lösung (280 µg N02-N/g Boden). sowie je 30 g sterilisierter unbehandelter oder mit 0,05 n HCl- vorbehandelter Moorboden mit 30 ml Na15N02-Lösung (2,02 mg N02-N/g Boden) angesetzt und getrocknet.
Der Waupun fixierte 11 6/o, der Marshall 16 6/o des angebotenen Nitrit-Stickstoffs (Tab. 2), 10 bzw. 6 O/o wurden als Nitrat gefunden und 79 bzw. 77 O/o gingen gas- förmig verloren. Beim Moorboden zeigt sich deutlich der Einfluß des pH-Wertes auf die Fixierungsreaktion: im salzsäurevorbehandelten Moorboden wurden bei einem pH-Wert von 2,8 28 O/o des Nitrit-Stickstoffs fixiert, und der gasförmige Ver- lust betrug 63 O/o. Pm unbehandelten Moorboden dagegen bei einem pH-Wert von 6,8 wurden nur 10 °/o fixiert, 33 O/o gingen verloren, 3 O/o wurdt>n als Nitrat gefunden und rd. 54 O/o des Nitrits gar nicht in die Reaktion einbezogen (Tab. 2). Sie liegen noch in Form von Nitrit im Boden vor. Die Ammoniumfraktionen des Marshall so- wie des sauren Moorbodens enthielten bis zu 1,7 O/o des Nitritstickstoffs. Es handelt sich hier sehr wahrscheinlich um ehemals fixierten Nitrit-Stickstoff, der im Laufe des Trocknungsprozesses unter den herrschenden sauren Bedingungen hydrolysiert wurde.
44
Tab.2
Nitrit-Fixierung in verschiedenen Böden
Boden pH
0/o Nitrit-N nach Lufttrocknung gefunden als
fixierter N Nitrit Nitrat Ammon. insgesamt
Marshall R 5,1 16,3 0,8 5,5 0,7 23,3
Waupun 5,4 10,9 N02/NO/NH4 10,4 21,3
HCI-Moorbd. 2,8 28,3 0,0 7.4 1,7 37.4
Unbeh. Moorbd. 6,8 10,2 53,5 3,3 0,0 67,0
Die im folgenden besprochenen Untersuchungen dienten einer Lokalisierung und Charakterisierung des von der organischen Masse dieser Böden fixierten Nitrit- Stickstoffs. Für den Marshall-Boden wurde eine Hydrolysezeitkurve (20 ml 6 n HCl/
10 mg org. Bodenstickstoff) aufgestellt, aus der zu ersehen ist (Abb. 1), daß nach 12 h Hydrolyse unter Rück.fluß kaum wesentliche Veränderungen in den einzelnen Fraktionen auftreten. Nur die Ammonium-Fraktion steigt noch weiterhin an. Es zeigt sich, daß rd. 50 O/o des fixierten Stickstoffs durch die Hydrolyse in Form von Ammonium abgespalten werden; nur wenige Prozent werden in der Hexosamin-N- (auf Grund der angewandten Untersuchungsmethode als solcher angesprochen) und der nicht-identifizierten Fraktion gefunden. Die Amino-N-Fraktion weist über-
Abb.1. N-Yerteilung nach Hydrolyse mit 6 n HCI (Marshall R-Boclen) -Hydrolysierbarer N - . - Nicht-identifizierter N
---Ammonium N ---Hexosamin N
···Aminosäure N
°lovom Gesgmt-N 0/ 0vom fixjerten NOl~
80
70 60
50
60
~~
50 40 40
30 30
20~
2010
--- ---- -
10"
_>---~---==12 24 4 12 24
Hydrolysezelt in Stunden
haupt nur Spuren an fixiertem N auf. Die Ergebnisse finden Bestätigung, wenn nebeneinander die Stickstoffverteilung in den Böden Marshall, Waupun und HCJ- behandeltem Moorboden betrachtet werden (Tab. 3). Durchschnittlich sind 80 °/o des Gesamt-N dieser Böden hydrolysierbar, doch nur 54-61 O/o des fixierten Stickstoffs.
Werden normalerweise nach einer derartigen Hydrolyse um 20 °/o des Gesamt-N als Ammonium im Hydrolysat festgestellt, so enthält diese Fraktion im Falle des fixierten N jedoch 42-49 °/o, d. h. rd. 80 °/o des insgesamt hydrolysierbaren Stick- stoffs.
45
Boden Fraktion Hydrolisierbar
Tab.3
N-Verteilung nach 12-stündiger Hydrolyse mit 6 n HCJ (Gesamt-N bzw. fixierter N
=
100)Marshall R Waupun
Ges.N Fix.N Ges.N Fix.N
79,4 61,4 77,8 59,9
Nidlt-hydrolisierb. 17,5 25,1 21.4 31,4 Im Hydrolysat:
Ammonium-N 23,3 49,4 18,9 44,6
Hexosamin-N 9,0 5,5 7,8 3,1
Amino-N 26,0 1,4 26,0 1,3
nidlt identifiziert 21,l 5,1 25,1 9,9
HCl-Moorboden Ges.N Fix.N 78,3 54,3 21,0 37,4 16,0 42,3
3,5 0,4
33,6 0,7 25,1 10,8 Während einer 20 Min. Destillation mit 2 n NaOH (1 g Boden bzw. 0,3 g Moor- boden
+
20 ml 2 n NaOH) wurden zwischen 12 und 18 °/o des fixierten Stickstoffs als Ammonium abgespalten im Vergleich zu 10-12 °/o des gesamten organisch ge- bundenen Stickstoffs (Tab. 4).Tab.4
Organischer N, freigesetzt als Ammonium nach 20 Min. Dampfdestillation mit 2 n NaOH
Boden Marshall R Waupun HCl-Moorboden Unbeh. Moorboden
freigesetzt als Ammonium:
6/o vom Gesamt-N % vom fixierten N 12,1
13,5 11,4 10,7
12,5 11,9 17,9 14,2
Wie BREMNER und FÜHR (13) fanden, ist hauptsächlich die Lignin-Derivat-Fraktion des Humus für die Fixierung von Nitrit-N verantwortlich. Ausgehend von diesem Ergebnis wurden Humusextraktionen und -fraktionierungen der Nitrit-behandelten Böden Marshall und Waupun vorgenommen, und die erhaltenen Extrakte und Frak- tionen auf ihre Gehalte an Gesamt- sowie fixiertem Nitrit-N untersucht. Extrahiert wurde 24 h unter ständigem Schütteln mit 0,5 n NaOH oder mit 0,1 m Na,P207 im Verhältnis Extraktionsmittel : Boden = 14 : 1. Anschließend wurde fraktioniert durch Ansäuern mit verd. H2S04 auf pH 1-2. Erwartungsgemäß wurden mit 0,5 n NaOH mehr an Gesamt-N extrahiert (rd. 60-65 °/o, Tab. 5) als mit 0,1 m NfüP201 (30-35 °/o). Dagegen enthält der Natriumpyrophosphatextrakt 40-50 °/o des fixier- ten Stickstoffs, also relativ mehr als vom Gesamt-N. Das Gleiche ist der Fall beim NaOH-Extrakt des Marshall (69 O/o des fixierten N stehen 57 O/o des Gesamt-N ge- genüber). während beim Waupun relativ weniger fixierter Stickstoff extrahiert wird. Die Huminsäurefraktionen, in denen ja z. T. ligninartige Huminstoffe, die als besonders reaktionsfreudig festgestellt wurden (13). erfaßt werden, enthalten nicht den Hauptteil des extrahierten fixierten Stickstoffs. Durchschnittlich wurde nur so viel an fixiertem N gefunden als dem Gesamt-N-Anteil in diesen Fraktionen ent- spricht (Tab. 5). Auf der anderen Seite weisen gerade die Fulvosäuren in drei von vier Fällen relativ höhere Werte an fixiertem Stickstoff auf verglichen mit dem Gesamtstick.stoff, der in diesen Fraktionen gefunden wurde. In der Diskussion wird auf diese Verteilung noch eingegangen werden.
46
Tab.5
Stickstoffverteilung in Humusextrakten (Werte in O/o des Gesamt-N bzw. des fixierten Nitrit-N)
Boden Marshall R
Fraktion Ges.N Fix. N Ges.N
0,5 n NaOH-Extrakt 57,2 69,2 67,2
Huminsäuren 17,6 17,6 21,1
Fulvosäuren 41,4 47,2 45,l
0,1 m Na4P207-Extrakt 30,4 50,0 34,8
Huminsäuren 15,3 13,5 20,7
Fulvosäuren 15,7 28,4 14,1
Waupun Fix.N
59,2 17,1 38,1 42,3 18,1 21,3 Ein etwas klareres Bild ergibt sich in den HCl-Extrakten. Es wurden je 4 g Nitrit- behandelter Marshall- oder Waupun-Boden entweder mit 80 ml n HCI oder n HF:
n HCJ 24 h unter automatischem Schütteln extrahiert. In aliquoten Teilen der neu- tralisierten Extrakte wurden NH4+ sowie Gesamt-N und deren Stickstoff-Isotopen- Verhältnisse bestimmt. Es zeigt sich, daß bei Extraktion mit n HCl relativ doppelt so viel an fixiertem N02-N sowohl in der Ammonium- als auch in der organischen Stickstoff-Fraktion erfaßt wird (Tab. 6), während die Fraktionen der n HF : n HCl- Extrakte relativ mehr vom Gesamt-N als vom fixierten N enthalten. Daß dies teil- weise eine Folge der Ammoniumfreisetzung aus Tonmineralen ist, geht aus der Zunahme der NH4-Fraktion hervor.
Boden Marshall R Waupun
Tab.6
Stickstoffverteilung in n HCJ- und n HF: n HCI-Extrakten (Werte in O/o des Gesamt-N bzw. des fixierten Nitrit-N)
Extrakt Ammonium organ. N
Ges.N Fix.N Ges.N Fix.N
HCl 2,8 5,8 5,8 12,2
HF:HCl 12,8 9,7 23,6 23,6
HCl 1,8 7,1 6,1 11.4
HF:HCl 4,7 8,5 26,4 19,6
insges. extrahiert Ges.N Fix.N 8,6 18,0 36,4 33,3 7,9 18,5 31,1 28,l
Von besonderem Interesse war nun, Anhaltspunkte über die Verfügbarkeit des fixierten Nitrit-Stickstoffs zu erhalten. Dieser Frage wurde mit Hilfe eines 8wöchi- gen Umsetzungsversuchs nachgegangen. Na15N02-behandelter Marshall und Wau- pun standen für diesen Versuch in genügenden Mengen zur Verfügung.
Je 20 g Boden wurden in zweifacher Wiederholung mit 60 g reinem, gewaschenen Sand, 0,4 g CaC03 und 1 g bakterienaktivem Fargo-Boden sorgfältig gemischt und bei 60°/o der vollen Wasserkapazität in 400ml Weithalsflasd1en angesetzt (20). Die Flaschen waren mit Gummistopfen verschlossen, und sog . • Res-Caps• in den Gummistopfen sorgten für einen Luftaustausch, verhinderten aber einen Feuchtigkeitsverlust. Die Umsetzung wurde bei 30° C im Brutschrank durchgeführt.
In Abbildung 2 sind die zu Ammonium und Nitrat mineralisierten Stickstoff- mengen zusammengefaßt. Nitrit-N trat nur in Spuren auf. In beiden Böden wurden innerhalb von 8 Wochen rd. 7,5 °/o des organischen N mineralisiert. Vom fixierten N werden beim Waupun jedoch in den ersten 4 Wochen relativ doppelt so viel als vom Gesamt-N als Ammonium und Nitrat freigesetzt, während nach 4 Wochen Um-
47
setzungszeit die Verfügbarkeit des fixierten Stickstoffs etwa im gleichen Maße an- steigt, wie es beim Gesamtstickstoff der Fall ist. Beim Marshall-Boden verläuft die Mineralisierung des fixierten Stickstoffs zunächst langsamer als die des Gesamt-N, doch ist auch hier nach 4 Wochen die Verfügbarkeit des fixierten Stickstoffs höher.
Sie erreicht aber bei weitem nicht die Werte, die für den Waupun-Boden festgestellt wurden. Dies kann mit der Verschiedenheit der organischen Masse dieser beiden Böden zusammenhängen. Dem gut entwickelten Humus des Waupun steht die rela- tiv junge Humusformation des Marshall gegenüber, dessen C-Gehalt innerhalb der letzten 8 Jahre durch Maisstengeldüngung von 1,8 auf 2,2 °/o angehoben wurde.
Daraus könnten Unterschiede in der Festlegung des fixierten Nitrit-Stickstoffs resultieren.
'/, 15
Abb.2 Die Verfügbarkeit des fixierten NO;-Stickstoffs
i
, , ,
„l
f f f
,
f I
f f
' , f
,-
'/, 15
10
Ma rsh all R
- - - --vom fixierten N mineralisiert - - - v o m Gesomt-N mineralisiert
/
,'--_____ _
B 1 2
Umsetzungszeit in Wochen
Diskussion
Wie FÜHR und BREMNER (14) fanden, tritt die zur Fixierung von Nitrit-N führende Reaktion selbst bei geringen Nitritgehalten (12,5 µg/g Boden) im Boden auf, und zwar wird bei niedrigem Nitritangebot relativ mehr fixiert als bei hohen N02-Kon- zentrationen. Dies ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf das Vorkommen und den Ablauf dieser Reaktion unter normalen Feldbedingungen. Nitrit als Zwi- schenstufe des Nitrifikationsprozesses kann in den meisten Böden festgestellt wer- den. In neutralen oder vorübergehend alkalischen Böden oder Bodenzonen wur- den sogar Nitritanhäufungen beobachtet (11, 21, 22, 23, 24, 25), besonders nach Harn- stoffdüngung (2, 5). Unter alkalischen Bedingungen kann die Aktivität des Bakte- rium nitrobakter durch Ammonium stark beeinträchtigt werden (26, 27, 28). Bis heute ist nun der hohe gasförmige Verlust von Stickstoff aus dem Boden sowie der Einbau von Stickstoff in die organische Masse des Bodens und die damit verbun- dene Festlegung in organischer Bindungsform weitgehend unerforscht. In jüngster Zeit wurde vermutet (1, 4), daß Reaktionen zwischen der organischen Masse des Bodens und Nitrit für die hohen gasförmigen Verluste an Stickstoff verantwortlich sind. Nun treten zwar in den hier durchgeführten Versuchen (Tab. 2) Verluste an Nitrit-N auch auf. Doch geht aus Tabelle 2 und aus anderen Versuchen von BREMNER und FÜHR (13) hervor, daß die organische Masse in diesem Prozeß eher eine Reduzierung als ein Ansteigen. des gasförmigen Stickstoffverlustes bewirkt, da 48
mit steigendem C-Gehalt die Böden größere Mengen an Nitrit-N fixierten. Offenbar verläuft dieser Fixierungsprozeß schneller als die Selbstzersetzung des Nitrits, die dann aber in humusarmen und besonders unter sauren Bedingungen vorherrschend zu sein scheint.
Was die bei diesen Fixierungsreaktionen auftretenden gasförmigen Stickstoff- verbindungen betrifft (29), so konnte von BREMNER und FÜHR in Zusammenarbeit mit EowARDS bei Reaktionen zwischen Lignin und Nitrit unter sauren Bedingungen neben N2, N20 und NO auch Methylnitrit (13) festgestellt werden. Dies erklärt die von BREMNER gefundene Abnahme an Methoxylgruppen nach Reaktionen zwischen Lignin oder Huminsäurepräparaten und Nitrit (12).
Die Ergebnisse in Abbildung 1 und Tabelle 3 zeigen, daß 30-40 °/o des fixierten Nitritstickstoffs nicht mit 6 n HCl innerhalb von 12 h hydrolysiert werden, während vom hydrolysierbaren Teil 75-80 °/o als Ammonium abgespalten werden. Nor- malerweise sind, wie auch aus der Tabelle 3 hervorgeht, nur etwa 20 °/o des organi- schen N eines Bodens nicht hydrolysierbar, und rd. 20 O/o werden im Hydrolysat als Ammonium gefunden. Beides, der nichthydrolysierbare Bodenstickstoff wie auch der als Ammonium abgespaltene Anteil (s. auch Tab. 4 u. 6) gaben zu manchen theoretischen Uberlegungen über die Art der Stickstoffbindung im Boden Anlaß.
Die hier und von BREMNER und FÜHR (13) erhaltenen Ergebnisse scheinen darauf hin- zudeuten, daß ein Teil des nichthydrolysierbaren Stickstoffs in Form von Nitroso- verbindungen vorliegt (13), die als Folgeprodukte der beschriebenen Reaktion an- genommen werden, und daß ein Teil des als Ammonium abgespaltenen Stickstoffs der Nitrosoform entstammt.
Daß besonders die Fulvosäurefraktion erhebliche Mengen an fixiertem Nitrit-N enthielt (Tab. 5), sogar mehr als die Huminsäurefraktion, kann mehrere Gründe haben:
1. auch Verbindungen der Fulvosäurefraktion reagierten in gleicher Weise mit dem Nitrit wie Ligninderivate (vielleicht treten in ihr auch ligninartige Ver- bindungen auf), oder
2. als Folge der Extraktionsverfahren wurden Artefakte in den einzelnen Frak- tionen erfaßt.
Um diese und andere Fragen der Fixierungsreaktion zu klären, sind weitere Untersuchungen zur Nitrifixierung durch die organische Masse des Bodens an- gestrebt.
Dem Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten der Bundesrepublik Deutschland sei für das bereitgestellte Forschungsstipendium gedankt.
Zusammenfassung
Die Stickstoffbindung als Folge von Reaktionen zwischen Nitrit und der organi- schen Masse des Bodens wurde unter Verwendung von Na15N02 in verschiedenen Böden untersucht. Dabei zeigte sich, daß in sauren bis neutralen Böden nach Luft- trocknung 10--28 O/o des zugesetzten Nitritstickstoffs fixiert, d. h. organisch gebun- den wurden. Gleichzeitig trat gasförmiger Verlust von Nitritstickstoff auf. Nur 54-61 O/o des fixierten Nitritstickstoffs sind mit 6 n HCl hydolysierbar (12 h) im Vergleich zu 80 O/o des Gesamt-N in den Böden, und 75-80 °/o des freigesetzen Stickstoffs sind in der Form von Ammonium. Untersuchungen über die Löslichkeit und die Mineralisationsrate sowie andere Eigenschaften des fixierten Nitritstick- stoffs werden beschrieben.
49
Summary
Untersuchungen zur Fixierung des Nitrit-Stickstoffs durch die organische Masse des Bodens
(Investigations oi the fixation of nitrite-nitrogen by soil organic matter) Studies using NaN1502 have shown that air-drying of acidic or neutral soils con- taining nitrite Ieads to fixation of nitrite-N by soil organic matter and to conversion of nitrite-N to nitrate and gaseous forms of nitrogen. Only 54-61 O/o of the nitrogen fixed by soil organic matter in its reaction with nitrite is liberated by hydrolysis with 6N HCI for 12 hours, and 75-80 O/o of the fixed nitrogen released by this treat- ment is in the form of ammonium. Studies of the solubility, rate of mineralization, and other properties of the organic nitrogen compounds formed by reaction of soil organic matter with nitrite are described.
Schrifttum
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2. CLARK, F. E„ BEARD, W. E., SM1TH, D. H.: Dissimilar nitrifying capacities of soils in rela- tion to losses of applied nitrogen. Proc. Soil Sei. Soc. America 24, 50-54, 1960.
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LANDWIRTSCHAFTLICHE FORSCHUNG
18. Sonderheft
Die Zeitschrift „Landwirtschaftliche Forschung• veröffentlicht Originalarbeiten aus dem Gebiet der landwirtschaftlichen Forschung, in >besondere aus den Arbeitsgebieten der einzelnen Fachgruppen des Verbandes Deutscher Landwirtschaftlicher Unter- suchungs- und Forschungsanstalten.
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Die Beiträge und zu besprechende Bücher sind zu senden an die Schriftleitung, Darmstadt, Rheinstraße 91. Die Rechtschreibung und Schreibweise von Nomenklaturen und Fachausdrücken sollen nach den Angaben in „Einheitliche Schreibweise in natur- wissenschaftlichen Werken" von Herrmann erfolgen. Dasselbe gilt für Abkürzungen von Zeitschrittentiteln. Soweit die Manuskripte dem nicht Rechnung tragen, werden sie von der Schriftleitung entsprechend bearbeitet. Im übrigen wird bei Einsendung von Manuskripten zugleich die schriftliche Bestätigung erbeten, daß es sich um eine Originalarbeit handelt, die bisher auch auszugsweise nicht an anderer Stelle ver- öffentlicht worden ist.
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Stand und Leistung agrikulturcb.emischer und agrarbiologischer Forschung VIII
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Die Spurenelementversorgung von Pflanze, Tier und Mensch 1962. VllI u. 147 Seiten mit 37 Abb. u. 56 Tab. Karl. 26,20 17. Sonderheft:
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