Soil biochemical and chemical changes in relation to mature spruce (Picea abies) forest conversion and regeneration

To investigate soil changes from forest conversion and regeneration, soil net N mineralization, potential nitrification, microbial biomass N, L-asparaginase, L-glutaminase, and other chemical and biological properties were examined in three adjacent stands: mature pure and dense Norway spruce (Picea abies (L.) Karst) (110 yr) (stand I), mature Norway spruce mixed with young beech (Fagus sylvatica) (5 yr) (stand II), and young Norway spruce (16 yr) (stand III). The latter two stands were converted or regenerated from the mature Norway spruce stand as former. The studied soils were characterized as having a very low pH value (2.9 – 3.5 in 0.01 M CaCl2), a high total N content (1.06 – 1.94 %), a high metabolic quotient (qCO2) (6.7 – 16.9 g CO2 kg–1 h–1), a low microbial biomass N (1.1 – 3.3 % of total N, except LOf1 at stand III), and a relatively high net N mineralization (175 – 1213 mg N kg–1 in LOf1 and Of2, 4 weeks incubation). In the converted forest (stand II), C : N ratio and qCO2 values in the LOf1 layer decreased significantly, and base saturation and exchangeable Ca showed a somewhat increment in mineral soil. In the regenerated forest (stand III), the total N storage in the surface layers decreased by 30 %. The surface organic layers (LOf1, Of2) possessed a very high net N mineralization (1.5 – 3 times higher than those in other two stands), high microbial biomass (C, N), and high basal respiration and qCO2 values. Meanwhile, in the Oh layer, the base saturation and the exchangeable Ca decreased. All studied substrates showed little net nitrification after the first period of incubation (2 weeks). In the later period of incubation (7 – 11 weeks), a considerable amount of NO3-N accumulated (20 – 100 % of total cumulative mineral N) in the soils from the two pure spruce stands (I, III). In contrast, there was almost no net NO3-N accumulation in the soils from the converted mixed stand (II) indicating that there was a difference in microorganisms in the two types of forest ecosystems. Soil microbial biomass N, mineral N, net N mineralization, L-asparaginase, and L-glutaminase were correlated and associated with forest management. Chemische und biochemische Veranderungen der Bodeneigenschaften durch Verjungung und Waldumbau eines Fichtenaltbestandes Um die durch den Waldumbau und die Regeneration bedingten Standortsveranderungen zu untersuchen, wurden die Netto-Stickstoffmineralisierung, die potenzielle Nitrifikation, der mikrobiell gebundene Stickstoff (Nmic), L-Asparaginase, L-Glutaminase sowie weitere chemische und biologische Parameter an drei benachbarten Standorten untersucht: Standort I, reiner Fichtenaltbestand (Picea abies (L.) Karst –110 Jahre); Standort II, Fichtenaltbestand mit Buchenunterbau (Fagus sylvatica – 5 Jahre); Standort III, reine Fichtenaufforstung (16 Jahre). Die Standorte II und III entstanden infolge des Waldumbaus aus reinen Fichtenaltbestanden. Die untersuchten Boden sind gekennzeichnet durch sehr niedrige pH-Werte (pH(H2O) 3, 7 – 4, 2, pH (CaCl2) 2, 9 – 3, 5), hohe Gesamtstickstoffgehalte (1, 06 – 1, 94 %), hohe metabolische Quotienten (6, 7–16, 9g CO2 kg–1 h–1), geringe Nmic-Gehalte (1, 1 – 3, 3 % des Gesamt-N, ausgenommen LOf1 von Standort III) und eine relativ hohe N-Nettomineralisation (175 – 1213 mg N Kg–1 in LOf1 und Of2, nach 4 Wochen Inkubation). Am Standort II nahm das C : N-Verhaltnis und der qCO2 im LOf1-Horizont deutlich ab, wohingegen der Gehalt an austauschbarem Ca sowie die Basensattigung im Mineralboden geringfugig zunahmen. Am Standort III nahm der N-Vorrat (Auflagehumus + Mineralboden 0 – 10 cm) um 30 % ab. In den LOf1- und Of2-Lagen des Auflagehumus dieses Standortes traten eine hohe N-Nettomineralisation (1, 5- bis 3fach hoher als in den Standorten I und II), hohe Gehalte an mikrobiell gebundenem C und N, eine erhohte Basalatmung sowie erhohte qCO2-Werte auf. In den Oh-Lagen hingegen nahm die Basensattigung ab. Alle untersuchten Standorte zeigten in der ersten Periode der Inkubation (0 bis 2 Wochen) eine geringe Netto-Nitrifikation. An den Standorten I und III fand in der spateren Periode (7. bis 11. Woche) eine Anreicherung an NO3 (20 – 100 % des gesamten mineralischen N-Vorrates) statt. Im Gegensatz dazu wurde am Standort II keine NO3-N- Anreicherung festgestellt. Dies deutet auf einen Unterschied in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften in den zwei verschiedenen Forstokosystemen hin. Nmic, N-Nettomineralisation, L-Asparaginase und L-Glutaminase korrelieren miteinander und zeigen eine enge Beziehung zu den Bewirtschaftungsformen.