Getting to the bottom of [hoch]15N isotope pool dilution technique

Bei kurzfristigen Versuchen zur Bestimmung von Brutto-Umsatzraten von Stickstoff (N) in Boden mit der 15N-Verdunnungsmethode, der sogenannten "isotope pool dilution technique", wird haufig eine rasche Abnahme der 15N Anreicherung im Ammonium-pool beobachtet. Ziel der Arbeit war die Untersuchung der NH4+ konsumierenden Prozesse und die Uberprufung ob es bei derart rascher Aufnahme des Isotopenindikators noch wahrend der Inkubationszeit zu einem Ruckfluss von 15N in den Ammonium-pool kommen kann. Dies wurde bei der Berechnung von Brutto-N-Mineralisierungsraten zu einer Unterschatzung der Rate fuhren. Das Ziel dieser Studie war daher zum einen zwischen biotischer und abiotischer Aufnahme von 15N-NH4+ zu unterscheiden sowie die Senken fur 15N-NH4+ und den zeitlichen Verlauf der Aufnahmeprozesse uber 48 Stunden genau zu untersuchen. Des Weiteren sollte gepruft werden ob es wahrend einer Inkubationszeit von 48 Stunden zu einem Ruckfluss des Isotopenindikators kommt und welchen Einfluss dieser Ruckfluss auf die Brutto-N-Mineralisierungsraten haben konnte. Fur den experimentellen Versuch wurden Bodenproben (Oberboden: 0-10 cm) aus einem Buchenwald und einem Grasland in Osterreich verwendet, die sich in ihrer NH4+-Konzentration und in der Aufnahmegeschwindigkeit von NH4+ unterschieden. Um eindeutig zwischen biotischen und abiotischen Bodenprozessen unterscheiden zu konnen, wurden diese teilweise mittels Autoklavieren sterilisiert. Die sterilen und nicht-sterilen Boden wurden anschliesend mit 15N-NH4+ isotopisch markiert. Bei ansteigender Inkubationszeit (0, 0.25, 3.5, 24 und 48 Stunden), wurde jeweils die NH4+-Konzentration sowie die 15N Anreicherung in den inorganischen, organischen und mikrobiellen Stickstoff-pools gemessen um damit die biotische Aufnahme von Ammonium nachzuvollziehen. Des Weiteren wurde die abiotische Fixierung von NH4+ zum Zeitpunkt 0 und 24 Stunden nach 15N Zugabe gemessen. Hier wurde auserdem zwischen der von Tonmineralien und der von Huminstoffen fixierten NH4+-Fraktion unterschieden. Uber die Gesamtdauer des Experiments betrug die Wiederfindungsrate des 15N Isotopenindikators in beiden Boden mehr als 100 %. Im Graslandboden, der eine rasche 15N-NH4+ Abnahme aufwies, wurde das iotopisch markierte NH4+ nur wenige Sekunden nach Zugabe grostenteils abiotisch durch die Diffusion in Tonschichten fixiert (24 %). Zusatzlich zeigten sich mikrobielle Aufnahme (10 %) und Nitrifizierung (13 %) fur die rasche Abnahme der 15N-NH\textsubscript4+-Anreicherung verantwortlich. Sowohl fur den Graslandboden mit rascher NH4+-Umsetzung als auch fur den Waldboden wurde auf Grund der mit der Inkubationszeit ansteigenden Wiederfindungsraten von 15N ein Ruckfluss des Isotopenindikators in den verfugbaren Ammonium-pool ausgeschlossen. Eine Sensitivitatsanalyse der Daten ergab, dass ein derartiger Ruckfluss immensen Einfluss auf die Brutto-N- Mineralisierungsraten haben konnte (~60% Unterschatzung der Rate im Graslandboden). In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass sogar bei rascher biotischer Immobilisierung oder abiotischer Fixierung von 15N-NH4+ innerhalb von 24 Stunden Inkubationszeit und wahrscheinlich sogar bis zu 48 Stunden ein Ruckfluss des Isotopenindikators sehr unwahrscheinlich ist. Demzufolge muss in kurzfristigen 15N-Verdunnungsexperimenten auch im Falle rascher 15N-NH4+ Aufnahme bei der Berechnung von Brutto-N-Mineralisierungsraten der Ruckfluss von 15N in den Ammonium-pool nicht berucksichtigt werden.