Water, carbon and nitrogen dynamics in soil - Influence of crop residue location and quality

Op dit ogenblik zijn de mechanismen die koolstofopslag in de bodem bepal en nog niet helemaal gekend en bestaat er grote onzekerheid over de hoev eelheid koolstof, afkomstig van plantenresten of residu s , die de bode m kan stockeren. Meer in het bijzonder is er weinig informatie beschikba ar over de impact van een veranderd bodemgebruik of bodembewerking op de koolstofflux in bodems, bijvoorbeeld bij de overgang van conventioneel ploegen naar no-tillage . Nochtans zijn bodemgebruik en -bewerking bela ngrijke factoren die de afbraak van organische stof beïnvloeden. Daarenb oven heeft elk ecosysteem (bv. akker, weide of bos) zijn eigen vegetatie type en daardoor komen plantenresten met zeer verschillende karakteristi eken in of op de bodem terecht. De doelstelling van deze studie is de bodemfysische en -biologische proc essen te identificeren die worden beïnvloed door de plaats waar residu s in de bodem terechtkomen: ingemengd of op het bodemoppervlak. Hierbij z al ook de interactie met de kwaliteit van de residu s worden nagegaan. D e locatie van residu s in de bodem heeft een rechtstreekse invloed op bo demfysische eigenschappen, zoals op het transport van water en opgeloste stoffen. Biochemische karakteristieken van de residu s beïnvloeden hun C- en N-mineralisatie en bepalen de activiteit en samenstelling van de m icrobiële biomassa. Wijzigingen in deze fysische en biologische eigensch appen werken op elkaar in en kunnen op hun beurt een invloed uitoefenen op de afbraak van organisch materiaal in de bodem (bv. door een verander ing in bodemaggregatie). In een eerste deel van dit werk is de invloed van de residu-kwaliteit en het bodemtype op C- en N-mineralisatie bestudeerd. Dit gebeurde met op timaal contact tussen bodem en residu door fijn plantenmateriaal in de bodem te vermengen. Er werd aangetoond dat, onder gecontroleerde omstand igheden, de residu-kwaliteit de voornaamste factor was die de afbraaksne lheid bepaalde en dat bodemtype op korte termijn een verwaarloosbare rol speelde. Op lange termijn werd het effect van bodemtype wel belangrijke r; waarschijnlijk omwille van verschillen in potentiële stabilisatie van opgeloste koolstof of biomassa-C door de minerale bodemfractie. In een tweede deel werd het effect van residu-locatie op C- en N-mineral isatie onderzocht. Er werden bodemkolommen opgezet waarbij koolzaa d-residu s werden ingemengd of waarbij ze als mulch op het bodemoppervla k bleven liggen. De kolommen werden regelmatig onder een regensimulator geplaatst om veldomstandigheden na te bootsen. Bedekking van het bodemop pervlak met mulch reduceerde de evaporatie van de bodem, hetgeen resulte erde in een verhoogd vochtgehalte in de bodem. De mulch zelf droogde ste rk uit telkens na een regenval. De residu-C en -N waren verschillend ver deeld over het bodemprofiel naargelang de initiële locatie van de residu s. Verschillen in de beschikbaarheid van water en nutriënten resulteerd en in een tragere afbraak van residu-mulch dan van ingemengde residu s i n de bodem. Netto N-mineralisatie was groter in de bodem onder mulch dan met ingemengde residu s, doordat het hogere vochtgehalte van de bodem N -mineralisatie stimuleerde en doordat de scheiding van bodem-N en residu -C de N-immobilisatie verminderde. Daarnaast werd ook de invloed van residu-locatie op de bestemming van C en N in de bodem en in bodemaggregaten nagegaan, om de mechanismen te ve rhelderen die verantwoordelijk zijn voor de koolstofopslag in de bodem. Op korte termijn bleef er een grote hoeveelheid residu-deeltjes (> 2 mm) achter op het bodemoppervlak met mulch, terwijl bijna geen residu-deelt jes konden worden gerecupereerd na inmenging in de bodem. Hier zat resid u-C voornamelijk in de fijne bodemfractie (< 2 mm). Het toevoegen van re sidu s aan de bodem resulteerde in grotere bodemaggregaten dan in de con trole-bodem. De meest stabiele macroaggregaten werden gevonden in de 0-5 cm bodemlaag onder mulch. Voor de twee residu-locaties was er weinig ve rschil in de relatieve verdeling van residu-C over de verschillende aggr egaatklassen; waarschijnlijk omdat in beide gevallen aggregaten door dif fusie van opgeloste residu-C werden aangerijkt. Tenslotte werd het effect van de interactie tussen residu-locatie en -kw aliteit op C- en N- mineralisatie bestudeerd. Een mulch reduceerde de ev aporatie van de bodem en de mate waarin dit gebeurde hing af van de fysi sche eigenschappen van de mulch-laag. De variaties in het watergehalte v an de mulch, die eerder werden aangeduid als belangrijkste factor in de controle van de afbraaksnelheid, werden ook beïnvloed door de fysische e igenschappen van de residu s. Voor ingemengde residu s daarentegen was d e residu-kwaliteit (bv. C:N- verhouding of de fractie aan oplosbare stof fen) bepalend voor de C-mineralisatie-snelheid. De sterkste intera cties tussen residu-locatie en -kwaliteit werden waargenomen bij de N-dy namiek. Onze resultaten hebben bijgedragen tot de ontwikkeling en calibr atie van een module in het PASTIS-model (Garnier et al., 2003), dat toel aat de afbraak van een residu mulch te simuleren. Dankzij dit model kond en bruto N-mineralisatie en transport van nitraat in de bodem worden geë valueerd en kon een kwantitatieve schatting gemaakt worden van het effec t van residu-locatie en -kwaliteit op C- en N-mineralisatie in de bodem. Sleutelwoorden: koolstof, stikstof, decompositie, residu-locatie en -kwa liteit, modellerenstatus: publishe