Ein Modell für Stickstoff- und Kohlenstoffumsätze im Boden von Agrarökosystemen unter besonderer Berücksichtigung der Variabilität der mikrobiellen Aktivität

Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle für die Mobilisierung und Immobilisierung von Nährstoffen im Boden. Je nach Umweltbedingungen variiert die Geschwindigkeit der mikrobiellen Stoffdurchsätze in Agrarböden sowohl zeitlich als auch räumlich sehr stark. Um das gesamte Spektrum von sehr schnellen Durchsätzen bis hin zu Überdauerungsumsätzen bei ungünstigen Umweltbedingungen, wie z.B. Nährstoffmangel, abbilden zu können, wird im Modell SIMULAT-NC die mikrobielle Aktivität als eine übergeordnete Steuervariable eingeführt. Sie ist in Abhängigkeit von Witterungsbedingungen und Nährstoffverfügbarkeit formuliert und wirkt sowohl auf die Wachstums- als auch die Sterberate der heterotrophen Mikroorganismen des Bodens. Außerdem steuert sie die Mineralisierungs-/Immobilisierungsraten sowie die Denitrifikationsraten. Das heißt, es wird zwischen einer mikrobiellen Aktivität unter aeroben und unter anaeroben Bedingungen unterschieden. In SIMULAT-NC werden auch Nitrifikation und die Sorption/Desorption von Ammonium in der Bodenmatrix abgebildet. Die Simulation von Laborexperimenten zeigt, dass SIMULAT-NC in der Lage ist, sowohl einen schnellen Abbau von Substrat, als auch das mikrobielle Überdauern in Mangelsituationen abzubilden. Die Simulation eines unter Freilandbedingungen gewonnen Datensatzes mit einer Modellversion, die in das Ökosystemmodell SIMULAT integriert ist, ergibt eine sehr gute Abbildung der Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen im Bodenprofil. Die Simulation liefert außerdem deutliche Hinweise darauf, dass im betrachteten Boden nach einer Düngung mit mineralischem Stickstoff nicht die mikrobielle Immobilisierung, sondern die Ammoniumfixierung in der Bodenmatrix für eine schnelle Immobilisierung von Stickstoff verantwortlich sein kann.