Soil N transformations after application of 15N‐labeled biomass in incubation experiments with repeated soil drying and rewetting

The effects of repeated soil drying and rewetting on microbial biomass N (Nbio) and mineral N (Nmin) were measured in incubation experiments simulating typical moisture and temperature conditions for soils from temperate climates in the post-harvest period. After application of in vitro15N-labeled fungal biomass to a silty loam, one set of soils was exposed to two drying-rewetting cycles (treatment DR; 14 days to decrease soil moisture to 20 % water-holding capacity (WHC) and subsequently 7 days at 60 % WHC). A control set (treatment CM) was kept at constant moisture conditions (60 % WHC) throughout the incubation. Nbio and Nmin as well as the 15N enrichment of these N pools were measured immediately after addition of 15N-labeled biomass (day 0) and after each change in soil moisture (day 14, 21, 35, 42). Drying and rewetting (DR) resulted in higher Nmin levels compared to CM towards the end of the incubation. Considerable amounts of Nbio were susceptible to mineralization as a result of soil drying (i.e., drying enhanced the turnover of Nbio), and significantly lower Nbio values were found for DR at the end of each drying period. Immediately after biomass incorporation into the soil (day 0), 22 % of the applied 15N was found in the Nmin pool. Some of this 15Nmin must have been derived from dead cells of the applied microbial biomass as only about 80 % of the microbes in the biomass suspension were viable, and only 52 % of the 15Nbio was extractable (using the fumigation-extraction method). The increase in 15Nmin was higher than for unlabeled Nmin, indicating that added labeled biomass was mineralized with a higher rate than native biomass during the first drying period. Overall, the effect of drying and rewetting on soil N turnover was more pronounced for treatment DR compared to CM during the second drying-rewetting cycle, resulting in a higher flush of mineralization and lower microbial biomass N levels. Stickstoffumsatz im Boden nach Applikation 15N-markierter Biomasse in Inkubationsversuchen mit wiederholten Trocknungs-Wiederbefeuchtungszyklen Der Einfluss wiederholter Bodentrocknung und -wiederbefeuchtung auf mikrobiellen Biomasse-N (Nbio) und mineralischen N (Nmin) wurde in Inkubationsversuchen untersucht. Bodenfeuchte und -temperatur wurden entsprechend den typischen Bedingungen in der Nachernte-Periode gemasigter Klimazonen simuliert. Nach Applikation von in-vitro15N-markierter Biomasse zu einem Krumenboden (schluffiger Lehm) wurde eine Halfte der Inkubationsgefase zwei Trocknungs-Wiederbefeuchtungs-Zyklen ausgesetzt (Behandlung DR, d. h., innerhalb von 14 Tagen Absenkung der Bodenfeuchte auf 20 % der Wasserhaltekapazitat (WHC) und danach 7 Tage bei 60 % WHC). Die Vergleichsgefase wurden konstant bei 60 % der WHC inkubiert (Behandlung CM). Nbio und Nmin sowie die 15N-Anreicherung dieser N-Pools wurden sofort nach der Applikation der 15N-markierten Biomasse (Tag 0) und nach jeder Anderung in der Bodenfeuchte (Tag 14, 21, 35, 42) gemessen. Trocknung und Wiederbefeuchtung (DR) resultierte in hoheren Nmin-Gehalten im Vergleich zu CM gegen Ende der Inkubation. Bei Bodentrocknung unterlagen hohere Biomasse-Anteile der Mineralisation (d. h., Trocknung forcierte den Umsatz von Nbio), so dass jeweils am Ende der Trocknungsperiode in DR niedrigere Nbio-Gehalte gefunden wurden. Sofort nach der Einarbeitung der Biomasse in den Boden (Tag 0) wurde 22 % des applizierten 15N im Nmin-Pool gefunden. Ein Teil dieses 15Nmin durfte von bereits toten Zellen der eingesetzten Mikroben-Biomasse stammen, da nur ca. 80 % der Mikroorganismen in der verwendeten Biomasse-Suspension als lebend eingestuft werden konnte und nur 52 % des 15Nbio mittels Fumigations-Extraktions-Methode extrahierbar war. Aus dem deutlicheren Anstieg im 15Nmin im Vergleich zum unmarkierten Nmin kann geschlossen werden, dass wahrend der ersten Trocknungsperiode zugesetzte markierte Biomasse mit einer hoheren Rate als bodenburtige Biomasse mineralisiert wurde. Insgesamt war der Effekt des Trocknens und der Wiederbefeuchtung auf den N-Umsatz im Boden fur die Behandlung DR im Vergleich zu CM im zweiten Zyklus ausgepragter. Dies zeigt sich in einem hoheren Mineralisationsschub und in einem niedrigeren Gehalt an Biomasse zum Ende der Inkubation.