Nitrogen pools and turnover in arable soils under different durations of organic farming: II: Source‐and‐sink function of the soil microbial biomass or competition with growing plants?

The following parameters were measured on seven field plots at 3 sites which had been under organic farming for different periods of time: mineral nitrogen (Nmin) contents, in situ net nitrogen mineralization (Nnet), soil microbial biomass carbon (Cmic), and nitrogen (Nmic) contents, and extractable organic N contents. The measurements were conducted every three weeks from spring 1995/1996 to autumn 1997. The objective was to test whether, under organic farming: 1) temporal fluctuations of Nmic contents over the course of the year are indicative for a source-and-sink function for plant-available N of the soil microbial biomass, and 2) temporal variations in Nmic content can be related with in situ Nnet or plant N uptake. Nmin contents gradually increased after ploughing in autumn until late winter. During intensive plant growth in spring, values rapidly declined. In situ Nnet fluctuated only moderately and reached high values during intensive plant growth (May—July) as well as after soil cultivation in autumn. The Cmic and Nmic contents generally were low in winter, increased in spring and reached maxima in late spring or summer. In spring, the increase in Cmic contents preceded the increase in Nmic contents, resulting in elevated Cmic:Nmic ratios until shooting of winter wheat. This corresponds to an uptake of available soil nitrogen by the plants at the expense of soil micro-organisms. The subsequent increase in Nmic contents, coinciding with high plant N uptake rates, indicates an enhanced, plant-induced N mobilization at that time. Possible mobilization mechanisms are discussed. Soil microbial biomass exerted a source-and-sink function for extractable organic N on some of the field plots. Estimates of in situ Nnet measurements were neither correlated significantly with soil microbial biomass N, Nmic flux, Nmic turnover, nor with plant N uptake. Lower Nmic turnover rates on 41 years versus 3 years organically managed fields indicate a stabilizing effect of organic farming on soil microflora. Stickstoffpools und ihr Umsatz in unterschiedlich lange okologisch bewirtschafteten Ackerboden: II: Die mikrobielle Biomasse als Quelle und Senke fur Stickstoff oder als Konkurrenz wachsender Pflanzen? Auf sieben Feldversuchsparzellen, die unterschiedlich lange nach den Grundsatzen des okologischen Landbaus bewirtschaftet worden waren, wurden im Abstand von drei Wochen von Fruhjahr 1995/1996 bis Herbst 1997 die Mineralstickstoffgehalte (Nmin), die in situ Netto-Stickstoffmineralisation (Nnet), die Gehalte an mikrobiellem Biomassekohlenstoff (Cmic) und -stickstoff (Nmic) sowie an extrahierbarem organischen N gemessen. Es sollte festgestellt werden, ob unter okologischem Landbau zeitliche Schwankungen der Nmic-Gehalte im Jahreslauf Hinweise auf eine Funktion der mikrobiellen Biomasse als Quelle und Senke fur pflanzenverfugbaren N geben, und ob Veranderungen im Nmic-Gehalt mit der in situ Nnet oder der N-Aufnahme von Pflanzen in Beziehung gebracht werden konnen. Die Nmin-Gehalte nahmen nach dem Pflugen im Herbst bis zum Ende des Winters allmahlich zu. Wahrend des intensiven Pflanzenwachstums im Fruhjahr nahmen die Werte rasch ab. Die in situ Nnet schwankte nur masig und nahm wahrend des intensiven Pflanzenwachstums (Mai bis Juli) und nach Bodenbearbeitung im Herbst hohe Werte an. Die Cmic- und Nmic-Gehalte waren im allgemeinen im Winter gering, nahmen im Fruhjahr zu und erreichten Maxima im spaten Fruhjahr oder im Sommer. Die Zunahme der Cmic-Gehalte im Fruhjahr erfolgte vor der Zunahme der Nmic-Gehalte, so dass das Cmic:Nmic-Verhaltnis bis zum Schossen von Winterweizen erhoht war. Dies entspricht einem Entzug von verfugbarem Bodenstickstoff durch die Pflanzen zu Lasten der Bodenmikroorganismen. Die anschliesende Zunahme der Nmic-Gehalte fiel mit hohen N-Aufnahmeraten der Pflanzen zusammen, was auf eine verstarkte, pflanzeninduzierte N-Mobilisation zu dieser Zeit hindeutet. Mogliche Mobilisations-Mechanismen werden diskutiert. Die mikrobielle Biomasse zeigte auf einigen der Feldversuchsparzellen eine Funktion als Quelle und Senke fur extrahierbaren organischen N. Die Messwerte der in situ Nnet waren weder mit den Nmic-Gehalten, mit dem Nmic-Fluss, dem Nmic-Umsatz noch mit der N-Aufnahme der Pflanzen korreliert. Geringere Nmic-Umsatzraten auf den seit 41 gegenuber den seit 3 Jahren okologisch bewirtschafteten Flachen deuten auf einen stabilisierenden Effekt des okologischen Landbaus auf die Bodenmikroflora hin.