Mobile and readily available C and N fractions and their relationship to microbial biomass and selected enzyme activities in a sandy soil under different management systems

Within different land-use systems such as agriculture, forestry, and fallow, the different morphology and physiology of the plants, together with their specific management, lead to a system-typical set of ecological conditions in the soil. The response of total, mobile, and easily available C and N fractions, microbial biomass, and enzyme activities involved in C and N cycling to different soil management was investigated in a sandy soil at a field study at Riesa, Northeastern Germany. The management systems included agricultural management (AM), succession fallow (SF), and forest management (FM). Samples of the mineral soil (0—5, 5—10, and 10—30 cm) were taken in spring 1999 and analyzed for their contents on organic C, total N, NH4+-N and NO3—-N, KCl-extractable organic C and N fractions (Corg(KCl) and Norg(KCl)), microbial biomass C and N, and activities of β-glucosidase and L-asparaginase. With the exception of Norg(KCl), all investigated C and N pools showed a clear relationship to the land-use system that was most pronounced in the 0—5 cm profile increment. SF resulted in greater contents of readily available C (Corg(KCl)), NH4+-N, microbial biomass C and N, and enzyme activities in the uppermost 5 cm of the soil compared to all other systems studied. These differences were significant at P ≤ 0.05 to P ≤ 0.001. Comparably high Cmic:Corg ratios of 2.4 to 3.9 % in the SF plot imply a faster C and N turnover than in AM and FM plots. Forest management led to 1.5- to 2-fold larger organic C contents compared to SF and AM plots, respectively. High organic C contents were coupled with low microbial biomass C (78 μg g—1) and N contents (10.7 μg g—1), extremely low Cmic : Corg ratios (0.2—0.6 %) and low β-glucosidase (81 μg PN g—1 h—1) and L-asparaginase (7.3 μg NH4-N g—1 2 h—1) activities. These results indicate a severe inhibition of mineralization processes in soils under locust stands. Under agricultural management, chemical and biological parameters expressed medium values with exception for NO3—-N contents which were significantly higher than in SF and FM plots (P ≤ 0.005) and increased with increasing soil depth. Nevertheless, the depth gradient found for all studied parameters was most pronounced in soils under SF. Microbial biomass C and N were correlated to β-glucosidase and L-asparaginase activity (r ≥ 0.63; P ≤ 0.001). Furthermore, microbial biomass and enzyme activities were related to the amounts of readily mineralizable organic C (i.e. Corg(KCl)) with r ≥ 0.41 (P ≤ 0.01), suggesting that (1) KCl-extractable organic C compounds from field-fresh prepared soils represent an important C source for soil microbial populations, and (2) that microbial biomass is an important source for enzymes in soil. The Norg(KCl) pool is not necessarily related to the size of microbial biomass C and N and enzyme activities in soil. Mobile und leicht mobilisierbare C- und N-Fraktionen und ihre Beziehungen zur mikrobiellen Biomasse und ausgewahlten Enzymaktivitaten in einem Sandboden unter verschiedenen Managementsystemen Unterschiedliche Landnutzungssysteme, wie z. B. Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Brache, die verschiedenartige Morphologie und Physiologie der Pflanzen verbunden mit einer pflanzenspezifischen Bewirtschaftung bedingen nutzungstypische okologische Bedingungen im Boden. In einer Feldstudie bei Riesa, Nordostdeutschland, wurde die Reaktion von Gesamtgehalten, mobilen und leicht mobilisierbaren Fraktionen an C und N, mikrobieller Biomasse und Aktivitaten von Enzymen des C- und N-Kreislaufes auf verschiedene Landnutzungssysteme in einem Sandboden bestimmt. Die untersuchten Landnutzungssysteme umfassten die Varianten landwirtschaftliche Nutzung (AM), Sukzessionsbrache (SF) und forstliche Nutzung (FM). Die Bodenproben (0—5, 5—10 und 10—30 cm) wurden im Fruhjahr 1999 entnommen und ihre Gehalte an organischem C und Gesamt-N, NH4+-N und NO3—-N, KCl-extrahierbarem organischem C und N (Corg(KCl) und Norg(KCl)), mikrobiellem Biomasse-C und -N und Aktivitaten von β-Glucosidase und L-Asparaginase untersucht. Mit Ausnahme des Norg(KCl) zeigten alle untersuchten C- und N-Fraktionen eine klare Abhangigkeit vom Landnutzungssystem, welche in der Tiefenstufe von 0—5 cm am deutlichsten sichtbar wurde. Im Vergleich zu den anderen Landnutzungssystemen wurden im Boden unter SF (0—5 cm) die hochsten Gehalte an leicht mobilisierbarem C (Corg(KCl)), NH4+-N, mikrobiell gebundenem C und N sowie die hochsten Enzymaktivitaten festgestellt. Diese Unterschiede waren mit P ≤ 0,05 bis P ≤ 0,001 signifikant. Vergleichsweise hohe Cmic : Corg-Verhaltnisse von 2,4 bis 3,9 % im Boden unter SF deuten auf einen intensiveren C- und N-Umsatz hin als unter AM und FM. Unter Forstnutzung wurden 1,5 bis 2 mal hohere Gehalte an organischen C im Vergleich zur SF und AM festgestellt. Diese hohen Gehalte an organischem C waren gekoppelt an niedrige Gehalte an mikrobiell gebundenen C (78 μg g—1) und N (10,7 μg g—1), extrem niedrige Cmic : Nmic-Verhaltnisse (0,2—0,6 %) und niedrige Aktivitaten von β-Glucosidase (81 μg PN g—1 h—1) und L-Asparaginase (7,3 μg NH4-N g—1 (2h)—1). Die Ergebnisse deuten auf eine Hemmung von Mineralisierungsprozessen im Boden unter Robinie hin. Mit Ausnahme der NO3—-N Gehalte wurden im Boden unter landwirtschaftlicher Nutzung mittlere Gehalte der untersuchten chemischen und biologischen Kennwerte festgestellt. Die NO3—-N Gehalte waren unter AM signifikant hoher als unter SF und FM (P ≤ 0,005) und stiegen mit zunehmender Tiefe an. Der fur alle Untersuchungsgrosen nachgewiesene Tiefengradient war im Boden unter SF am deutlichsten ausgepragt und unter AM in den obersten 30 cm des Mineralbodens fast nicht erkennbar. Der mikrobiell gebundene C und N korrelierte mit der β-Glucosidase- und der L-Asparaginaseaktivitat (r ≥ 0,63; P ≤ 0,001). Desweiteren waren die mikrobielle Biomasse und die Enzymaktivitaten mit den Gehalten an leicht mineralisierbaren C (Corg(KCl)) korreliert (r ≥ 0,41; P ≤ 0,01). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass (1) KCl-extrahierbare organische C-Verbindungen von feldfeuchten Bodenproben eine bedeutende C-Quelle fur mikrobielle Populationen darstellen, und (2) die mikrobielle Biomasse eine bedeutende Quelle fur Enzyme im Boden ist. Der Norg(KCl)-Pool im Boden hangt jedoch nicht unbedingt mit der Menge an mikrobiell gebundenem C und N sowie mit der Hohe von Enzymaktivitaten in Boden zusammen.