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Phosphorous mobilization in acid forest soils as affected by interactions of water regime,fertilization and growth of beech

English title Phosphorous mobilization in acid forest soils as affected by interactions of water regime,fertilization and growth of beech
Applicant Luster Jörg
Number 171172
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Swiss Federal Research Inst. WSL Direktion
Institution of higher education Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research - WSL
Main discipline Pedology
Start/End 01.03.2017 - 28.02.2021
Approved amount 284'333.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Pedology
Geochemistry

Keywords (8)

phosphorus; forest soils; water regime; drying-rewetting; rhizosphere; nutrient mobilization; plant-soil-microbe interactions; beech

Lay Summary (German)

Lead
Phosphor ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen und Mikroorganismen. Im Boden liegt er nur in schlecht verfügbarer Form vor, und Verluste durch Auswaschung werden in natürlichen Ökosystemen nicht durch Einträge von aussen ersetzt. In Wäldern haben sich deshalb effiziente Phosphor-Mobilisierungs- und -Recycling-Mechanismen entwickelt. Der Einfluss von Veränderungen des Boden-Wasserhaushalts, die wir im Zuge des Klimawandels erwarten, auf diese Mechanismen und damit die nachhaltige Phosphorversorgung von Wäldern ist nur ungenügend verstanden.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Wir untersuchen den Einfluss verschiedener Szenarien, in die sich der Wasserhaushalt von Waldböden in der Zukunft entwickeln könnte, auf den Phosphor-Kreislauf in Wäldern. Wir wollen insbesondere besser verstehen, in wie weit die Nährstoffversorgung der Bäume nachhaltig gesichert ist. Wir untersuchen diese Fragestellung, indem wir Boden von zwei Waldstandorten mit stark unterschiedlicher Phosphor-Versorgung mit jungen Buchen bepflanzen und im Gewächshaus unterschiedlich bewässern. In diesen unterschiedlichen experimentellen Varianten erfassen wir die Mobilisierung von Phosphor und untersuchen, in wie weit der mobilisierte Phosphor von den Bäumen und Mikroorganismen im Boden aufgenommen wird bzw. aus dem System ausgewaschen wird und somit verloren geht.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Unsere Arbeit wird neue Erkenntnisse darüber liefern, in wie weit der Klimawandel die nachhaltige Nährstoff-Versorgung der Wälder beeinflussen könnte. Der Förster kann daraus ableiten, auf welchen Standorten die Buche langfristig als Hauptbaumart erfolgreich sein dürfte, bzw. wo er gegebenenfalls auf einen Waldumbau mit anderen Baumarten hinarbeiten sollte.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.02.2017

Responsible applicant and co-applicants

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Name Institute

Abstract

In naturally structured soils with their inherent small-scale heterogeneity, soil moisture is the chief environmental factor. Together with the availability of organic carbon it co-determines the occurrence of microbial hot spots and moments and thereby, also decomposition rates and nutrient cycling on a larger scale. Therefore, soil moisture, and in particular the alternation of periods with dry and wet conditions, influences leaching, microbial immobilization, and plant uptake of phosphorus (P). More extreme variations in soil moisture, as a possible consequence of climate change, may increase the P loss from forest soils. In addition, soil moisture governs redox-sensitive abiotic reactions involving iron compounds and P bound to them, in particular in strongly aggregated subsoils.Our general objective is to investigate how different water regimes interact with P mobilization and immobilization processes in acid forest soils, and how this will affect leaching and availability of P. In a first experiment, we will address P mobilization in the topsoil as a consequence of differing organic matter mineralization. We propose column experiments with naturally structured soils taken from three core sites of the priority program "Ecosystem Nutrition" (DFG SPP 1685) - namely Lüss, Vessertal, Bad Brückenau - that are planted with juvenile beeches taken from the same sites. The mesocosms will be subjected to different water regimes involving three levels of constant soil moisture combined with re-wetting pulses. We will assess how these different regimes (i) influence P leaching and P uptake by beech, (ii) affect the heterogeneity of the P mobilization potential at the microscale, and (iii) govern the competition for P between microbes and beech. In a second experiment with soils from the aggregated B horizon in Vessertal, we will study the P mobilization and fixation in the subsoil, as a consequence of differing redox conditions in soil aggregates. The convective discharge and recharge of aggregate surfaces by macropore flow, as well as their diffusive recharge and discharge from and to the inside of the aggregates will be determined in a sequential percolation experiment. In addition we will assess the interaction of water regime with increased nitrogen (N) availability. By including N fertilization as an additional variant in the topsoil experiment, we will test the hypothesis that the effect of continuing high N deposition on P mobilization depends on the soil water status.
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