N mineralization parameters of sandy arable soils

Abstract

The objective of this study was to experimentally investigate net N mineralization in sandy arable soils and to derive adequate N mineralization parameters for simulation purposes. Long-term incubations at 35 °C were done for at least 200 days with 147 sandy arable soils from Northwest Germany. To cumulative net N mineralization curves the simultaneous two-pool first-order kinetic equation was fitted in order to differentiate between N mineralization from an easily decomposable, fresh organic matter pool (Nfast) and from a slowly decomposable pool (Nslow) of more humified OM. North German loess soils served as a reference, since available model parameters were mainly derived from those soils. Although curve patterns in sandy soils often somewhat deviated from typical double-exponential patterns, the mineralization equation generally could be fitted. Two pools were clearly revealed, but a transfer of the standard parameters was found to be not appropriate — except maybe for the pool size of the fast decomposable N pool. The mean kfast at 35 °C (0.1263 d—1) is about 46% higher than the known ’︁standard’ loess value, indicating better conditions for decomposition of fresh residues at this temperature. The mean kslow at 35 °C (0.0023 d—1), which is 60% lower than reported earlier from loess soils, and much lower mineralization rates of the slowly decomposable N pool give reason to the presence of generally more resistant organic material in these sandy soils. The relation between Nslow and total N was found to be not close enough to derive the pool size of slowly decomposable N just from total N as done for loess soils. Reducing the variability is necessary, promising approaches exist. The eight reference loess soils revealed — on an average — the known N mineralization parameters. N-Mineralisationsparameter sandiger Ackerböden Das Ziel dieser Untersuchung war die experimentelle Ableitung adäquater N-Mineralisationsparameter für sandige Ackerböden, um damit deren N-Haushalt simulieren zu können. Beprobt wurden 147 Ackerböden aus Sand in NW-Deutschland. An die kumulativen N-Mineralisationskurven (Inkubation bei 35 °C für mindestens 200 Tage) wurde die Reaktionsgleichung, die die Mineralisation aus zwei N-Pools mit Reaktionskinetik erster Ordnung beschreibt, angepasst. Dadurch kann zwischen Mineralisation aus leicht abbaubarer, frischer organischer Substanz (Pool Nfast) und langsam abbaubarer, weitgehend humifizierter organischer Substanz (Pool Nslow) unterschieden werden. Referenzflächen waren acht norddeutsche Lössböden, an denen die bislang verfügbaren N-Mineralisationsparameter hauptsächlich bestimmt worden waren. Die doppelt-exponentielle Mineralisationsgleichung konnte generell ebenfalls an die Kurven der Sandböden angepasst werden, obwohl oft abweichende Kurvenformen auftraten. Es ließen sich eindeutig zwei Pools ermitteln, aber ein Transfer der bekannten Lössparameter — außer evtl. der Poolgröße Nfast — ist nicht möglich. Der mittlere kfast bei 35 °C (0.1263 d—1) liegt um 46% höher als der bekannte Lösswert, was auf bessere Umsatzbedingungen für Ernterückstände in Sandböden hinweist. Der mittlere kslow bei 35 °C (0.0023 d—1), der um 60% niedriger ist als in Lössböden, deutet wie die niedrigeren Mineralisationsraten des langsam abbaubaren N-Pools darauf hin, dass abbauresistenteres organisches Material in den untersuchten Sandböden vorliegt. Poolgröße Nslow und Gesamt-N-Gehalt sind zu wenig korreliert, um Nslow ebenso wie für Lössböden daraus ableiten zu können. Eine Reduktion der Variabilität ist hier noch notwendig, vielversprechende Ansätze dafür gibt es. Die acht Referenzböden aus Löss zeigten im Mittel genau die bekannten Mineralisationsparameter.