Phosphate ageing in soil and bioavailability of aged phosphates
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Beschreibung
Phosphor (P) ist einer der meisten limitierenden Pflanzennährstoffe. Durch die starke Bindung von Phosphationen an Bodenpartikel ist ein Großteil des gedüngten Phosphors nicht pflanzenverfügbar. In sauren Böden wird Phosphat an den Oberflächen von Eisen- und Aluminiumoxiden adsorbiert und mit der Zeit okkludiert. Dieser Prozess wird Phosphatalterung genannt. Durch diese starke Bindung ist das gealterte Phosphat sehr wenig pflanzenverfügbar. Es ist bekannt, dass einige Pflanzenarten verschiedene Strategien entwickelt haben, um unter P-Mangelbedingungen weiterhin P aus dem Boden aufnehmen zu können. Eine Strategie ist die Bildung von Proteoidwurzeln. Pflanzenarten wie die Weißlupine geben verschiedene Exsudate aus diesen Proteoidwurzeln in den Boden ab. Diese Exsudate können P aus unterschiedlichen P-Fraktionen im Boden mobilisieren. Ziel dieser Studie war es, die Prozesse der Phosphatalterung aufzuklären. Hierzu wurden die Kinetik und die Beziehung zwischen gealtertem und gedüngtem P im Boden untersucht. Außerdem wurde mittels Bodeninkubations- und Gefäßversuchen mit Pflanzen die Bioverfügbarkeit von gealtertem P bestimmt.
Im ersten Experiment wurde der Oberboden eines Luvisols und eines Ferralsols bei 25°C für 1 Tag, 3 Monate und 6 Monate in einer Klimmakammer inkubiert. Beide Böden wurden auf zwei pH-Werte eingestellt (pH 7,2 und pH 5,5) und erhielten unterschiedliche P-Düngermengen 0 (P-) und 100 (P+) mg P kg-1 Boden. Die P-Düngung hatte einen signifikanten Einfluss auf die CAL-extrahierbaren-P-Konzentrationen nach 1 Tag, 3 Monaten und 6 Monaten Inkubationsdauer. Die CAL-P-Konzentrationen waren in beiden Böden höher in den P+-Varianten im Vergleich zu den P--Varianten. Des Weiteren waren die Konzentrationen im Luvisol deutlich höher als im Ferralsol. Im Ferralsol war ein Großteil des gedüngten Phosphats (mehr als 90%) nicht CAL-extrahierbar.
Nach der sechsmonatigen Inkubationsdauer wurden Mais (Zea mays L. cv. Aamdeo) und Weiße Lupine (Lupinus albus L. cv. Amiga) auf diesen Böden kultiviert. Sowohl der Mais als auch die Weiße Lupine zeigten höhere P-Gehalte nach der Kultivierung auf dem Luvisol als nach der Anzucht auf dem Ferralsol. In den P+-Varianten wurden bei beiden Pflanzenarten höhere P-Gehalte als in den P-Varianten ermittelt. Nach Anzucht der P+-Varianten auf dem Luvisol wies der Mais höhere P-Gehalte als die Weiße Lupine auf. Jedoch zeigte die Weiße Lupine im Vergleich zum Mais in der P+-Variante auf dem Ferralsol höhere P-Gehalte.
Im zweiten Experiment wurden der Luvisol und der Ferrasol für 0,5 h, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 12 h und 24 h in Gefäßen bei 25°C in der Klimakammer inkubiert. 100 mg P kg-1 Boden wurden jeweils appliziert. Ein Großteil des applizierten Phosphors war im Ferralsol bereits nach 1 h nicht mehr CAL-extrahierbar. Der Oberboden des Luvisols hatte das applizierte P nicht sofort adsorbiert, da ein Abfall des CAL-extrahierbaren Phosphors erst nach 8 h Inkubationsdauer messbar war.
Im zweiten Teil des Experiments wurden die Böden für 24 h in Gefäßen mit unterschiedlichen P-Mengen inkubiert (0, 100, 150, 200, 250, 500 mg P kg-1). Die Messergebnisse für das CAL-P und für die Fraktion des gealterten Phosphors zeigen, dass das meiste applizierte P im Ferralsol gealtert war, nicht aber im Luvisol.
Im dritten Experiment wurden 3 kg eines Luvisol-Unterbodens in Plastikgefäßen inkubiert. Im Boden wurden drei unterschiedliche pH-Werte eingestellt (pH 7,2, pH 5,2 und pH 4,6) und zwei P-Düngestufen, mit P (P+) und ohne P (P-). In der P+-Variante wurden 200 mg P kg-1 Boden als KH2PO4 appliziert. Jeweils 300 mmol Fe oder Al kg-1 Boden wurden dem Boden als Goethit (Eisenoxid) oder Gibbsit (Aluminiumoxid) als P-Adsorbenten untergemischt. Die Böden wurde nach je 1 Woche, 3 Monaten und 6 Monaten Inkubation bei 25°C in der Klimakammer beprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fraktion des gealterten Phosphats durch die P-Applikation, die verwendeten Oxide und die Inkubationsdauer beeinflusst wurde. Die Fraktion des gealterten Phosphat erhöhte sich nach 3 Monaten in der P+-Variante und in der Aluminiumoxid-Variante.
In einem vierten Experiment wurden Mais (Zea mays L. cv. Amadeo) und die Weiße Lupine (Lupinus albus L. cv. Amiga) in einem Luvisol Unterboden (je 1 kg Boden pro Pflanze) in Plastikgefäßen kultiviert. 10 mg P kg-1 Boden wurden dem Boden in unterschiedlichen Phosphatformen untergemischt: Aluminiumoxid-okkludiertes P, Eisenoxid-okkludiertes P und Ca(H2PO4)2. Diese okkludierten Phosphate wurden für das Experiment synthetisch hergestellt. Die Pflanzen wurden nach 35-tägiger Anzucht geerntet. Der Mais konnte sich weder das okkludierte Phosphat des Aluminiumoxids noch das okkludierte Phosphat des Eisenoxids aneignen. Die P-Gehalte der Weißen Lupine und die P-Konzentrationen im Boden zeigten jedoch, dass die Weiße Lupine in der Lage war, das okkludierte P aus Eisenoxid, jedoch nicht aus Aluminiumoxid, zu mobilisieren.
Autor*in
Imran Ashraf