Plant rhizodeposition — an important source for carbon turnover in soils

The soil organic matter plays a key role in ecological soil functions, and has to be considered as an important CO2 sink on a global scale. Apart from crop residues (shoots and roots), left over on the field after harvest, carbon and nitrogen compounds are also released by plant roots into the soil during vegetation, and undergo several transformation processes. Up to now the knowledge about amount, composition, and turnover of these root-borne compounds is still very limited. So far it could be demonstrated with different plant species, that up to 20 % of photosynthetically fixed C are released into the soil during vegetation period. These C amounts are ecological relevant. Depending on assimilate sink strength during ontogenesis, the C release varies with plant age. A large percentage of these root-borne substances were rapidly respired by microorganisms (64—86 %). About 2—5 % of net C assimilation was kept in soil. The root exudates of maize were mainly water-soluble (79 %), and in this fraction about 64 % carbohydrates, 22 % amino acids/amides and 14 % organic acids could be identified. Plant species and in some cases also plant cultivars varied strongly in their root exudation pattern. Under non-sterile conditions the exuded compounds were rapidly stabilized in water-insoluble forms and bound preferably to the soil clay fraction. The binding of root exudates to soil particles also improved soil structure by increasing aggregate stability. Future research should focus on quantification and characterization of root-borne C compounds during the whole plant ontogenesis. Apart from pot experiments with 14CO2 labeling, it is necessary to conduct model field experiments with 13CO2 labeling in order to be able to distinguish between CO2 originating from the soil C pool and rhizosphere respiration, originating from plant assimilates. Such a separation is necessary to assess if soils are sources or sinks of CO2. The incorporation of root-borne C (14C, 13C) into soil organic matter of different stability is also of particular interest. Pflanzliche Rhizodeposition — eine wichtige Quelle fur den Kohlenstoffumsatz in Boden Die organische Bodensubstanz (OBS) nimmt eine Schlusselrolle bei den okologischen Bodenfunktionen ein und stellt global betrachtet eine wichtige CO2-Senke dar. Neben den auf dem Feld verbleibenden Ernte- und Wurzelruckstanden werden C- und N-Verbindungen auch wahrend des Pflanzenwachstums in den Boden abgegeben und unterliegen dort vielfaltigen Umsetzungsprozessen. Der Kenntnisstand uber die Menge, Zusammensetzung und den Umsatz dieser wurzelburtigen Verbindungen im Boden ist noch sehr begrenzt. Daher beschaftigt sich die vorliegende Publikation mit der Rhizodeposition als wichtiger Quelle des C-Umsatzes in Boden, insbesondere mit den mobilen Wurzelabscheidungen. Bisher konnte anhand verschiedener Pflanzenarten gezeigt werden, dass bis zu 20 % des photosynthetisch fixierten C wahrend der Vegetation durch die Wurzeln freigesetzt werden. Es handelt sich dabei um okologisch relevante C-Mengen. In Abhangigkeit von der Starke des Assimilatsinks wahrend der Ontogenese variiert die C-Freisetzung mit dem Pflanzenalter. Ein hoher Anteil dieser wurzelburtigen Verbindungen (64—86 %) wurde schnell durch Mikroorganismen veratmet. 2—5 % der Netto-C-Fixierung blieben im Boden zuruck. Dieser Bodenruckstand war bei Wurzelabscheidungen von Mais hauptsachlich wasserloslich (79 %), und in dieser Fraktion wurden 64 % Kohlenhydrate, 22 % Aminosauren/Amide und 14 % organische Sauren identifiziert. Pflanzenarten und teilweise auch -sorten variierten stark in der Zusammensetzung ihrer Wurzelexsudate. Unter insterilen Bedingungen wurden die exsudierten Verbindungen schnell in nichtwasserloslicher Form stabilisiert und vor allem an die Tonfraktion des Bodens gebunden. Die Bindung an Bodenpartikel verbesserte die Bodenstruktur durch erhohte Aggregatstabilitat. Zukunftige Forschungsarbeiten sollten sich auf die Quantifizierung und Charakterisierung wurzelburtiger C-Verbindungen wahrend der gesamten pflanzlichen Ontogenese konzentrieren. Abgesehen von Gefasversuchen mit 14CO2-Applikation ist es erforderlich, Feldmodellversuche mit 13CO2-Applikation durchzufuhren, um zwischen der CO2-Emission aus dem Boden-C-Pool und derjenigen aus der Rhizospharenatmung (Ursprung sind Pflanzenassimilate) unterscheiden zu konnen. Eine solche Trennung ist zur Beurteilung, ob Boden eine Quelle oder Senke fur CO2 darstellen, zwingend erforderlich. Von besonderem Interesse ist auch der Einbau des wurzelburtigen C (14C, 13C) in OBS-Fraktionen unterschiedlicher Stabilitat.