Nitrogen mineralization in marsh meadows in relation to soil organic matter content and watertable level

Abstract

The objective of the present study was to asses the effect of watertable level on N mineralization in a Histosol and a Humic Gleysol profile under natural meadows in Ljubljana marsh, Slovenia. The two soils differ significantly in organic matter content (27—40 % in Histosol and 14—20 % in Humic Gleysol) but not in C : N ratio (13—20) and pH (6.5—7.0). For each soil, the watertable was maintained at two levels (above or below 50 cm from the soil surface) for approximately one year. The four main plots, according to soil carbon content and watertable level were divided into 4 subplots, according to 4 fertilization treatments (unfertilized control, PK, PK + 50 kg N ha—1, PK + 3 × 50 kg N ha—1). Net N mineralization in unfertilized subplots was estimated from indices of N mineralization obtained by incubation of soil samples in the laboratory and by seasonal dynamics of mineral N content in the field. Annual uptake of N in herbage under the 4 fertilization treatments was also measured. Total mineral N content in topsoil was 20—80 % higher in Histosol than in Humic Gleysol. Similarly, aerobic N mineralization potentials along the entire soil profile (0—90 cm) were 20—130 % higher in Histosol than in Humic Gleysol. By contrast, anaerobic N mineralization potentials in subsoil were 10—60 % lower in Histosol than in Humic Gleysol. Both, aerobic and anaerobic N mineralization potentials strongly depended on watertable levels at sampling time. Seasonal dynamics of soil mineral N content as well as N mineralization potentials indicated that the N mineralization in the Histosol could be 10—40 % higher at low than at high watertable level. In the Humic Gleysol the N mineralization could be 10—100 % higher at high watertable level. Higher N availability in Histosol at low watertable and in Humic Gleysol at high watertable was also reflected in higher N uptake in herbage. These results indicate that N mineralization in Histosol and Humic Gleysol, was proportional to soil organic matter content, whereas in both soils, higher N mineralization rates can be expected at watertable levels between 40 and 60 cm below the soil surface, than at higher/lower watertable levels. Einfluss des Humusgehaltes und des Grundwasserspiegels auf die Stickstoffmineralisation in Böden aus Feuchtgebieten Ziel dieser Untersuchung war es, den Einfluss der Höhe des Grundwasserspiegels auf die N-Mineralisation in einem Histosol und einem Humic Gleysol unter Naturwiesen des Ljubljanaer Moors, Slowenien, festzustellen. Die zwei untersuchten Bodentypen unterscheiden sich signifikant im Gehalt der organischen Substanzen (27—40 % in Histosol und 14—20 % in Humic Gleysol), aber nicht im C : N-Verhältnis und pH-Wert (6.5—7.0). In jedem Bodentyp wurden für die Dauer von 1 Jahr künstlich jeweils ein hoher und ein niedriger Grundwasserspiegel eingestellt. Jede der 4 daraus resultierenden Haupt-Versuchsparzellen wurde weiter geteilt in 4 Düngungs-Teilstücke: Ungedüngt, PK, PK + 50 kg N ha—1 und PK + 3 × 50 kg N ha—1. Die Netto-N-Mineralisation auf ungedüngten Teilstücken der Haupt-Versuchparzellen (2 Bodentypen, 2 Grundwasserspiegel) wurde bestimmt durch die N-Mineralisationspotenziale bei anaerober und aerober Inkubation der Bodenproben im Labor sowie durch die saisonale Dynamik des N-Gehaltes im Boden sowie durch den N-Entzug der Vegetation in 4 Düngungsvarianten. Während der Messperiode lag der Gehalt am gesamten mineralischen Stickstoff in der oberen Bodenschicht des Histosol um 20 bis 80 % höher als im Humic Gleysol. Ähnlich waren die aeroben N-Mineralisationspotenziale im Bodenprofil des Histosols um 20 bis 130 % höher als im Humic Gleysol. Die anaeroben N-Mineralisationspotenziale waren dagegen in tieferen Bodenschichten des Histosol um 10 bis 60 % niedriger als im Humic Gleysol. Die Änderungen der Mineralisationspotenziale in aerob und anaerob inkubierten Bodenproben waren zugleich vom Grundwasserspiegel zur Zeit der Beprobung abhängig. Sowohl die zeitliche Dynamik des Gehaltes an mineralischem N in der Zeit als auch die aeroben und anaeroben N-Mineralisationspotenziale zeigen aber einheitlich, dass die N-Mineralisation im Histosol bei niedrigem Grundwasserspiegel um 10 bis 40 % größer sein kann, während im Humic Gleysol die N-Mineralisation bei hohem Grundwasserspiegel um 10 bis 100 % größer sein kann. Höhere N-Verfügbarkeit im Boden widerspiegelt sich auch im höheren N-Entzug durch die Vegetation. Die Ergebnisse dieser relativ kurzen Untersuchung zeigen, dass die N-Mineralisation in Histosol und in Humic Gleysol proportional dem Humusgehalt verläuft; in beiden Bodentypen kann bei Grundwasserspiegeln von 40—60 cm eine stärkere N-Mineralisation erwartet werden als bei darüber oder darunter liegendem Wasserspiegel.