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Proper management of soil organic matter (SOM) contributes to increasing plant productivity and reducing dependency on mineral fertilizers. Organic matter is widely regarded as a vital component of a healthy soil as it plays an important role in soil physical, chemical and biological fertility. Plant residues are the primary source of SOM. Therefore, proper SOM management requires a better understanding of plant residue decomposition kinetics in order to synchronize nutrient release during decomposition and plant uptake and prevent nutrient losses. In natural and managed ecosystems, residues are added frequently to soil, in the form of dead roots and litter fall of plant species with different C/N ratios. However, in most studies on residue decomposition, residues with different C/N ratios are added once and the effect of the presence of plants on residue decomposition is rarely investigated. In this project, four experiments were carried out with different objectives in order to close these knowledge gaps. The aim of the first experiment was to investigate the effect of frequent wheat residue addition on C mineralization and N dynamics. The experiment consisted of five treatments with different frequency of residue addition (2% w/w of wheat residues in total): once (100%W), every 16 days (25%), every 8 days (12.5%) or every 4 days (6.25%) and noresidue addition (control) with four replicates. The results showed that increasing frequency of low-N wheat residue addition increased C mineralization. Compared to 100%W, cumulative respiration per g residue at the end of the incubation (day 80) was increased by 57, 82 and 92% at 25%W, 12.5%W and 6.25%W, respectively. Despite large increases in cumulative respiration, frequent residue addition did not affect inorganic N or available N concentrations, microbial biomass C and N or soil pH. It is concluded that experiments with single residue additions may underestimate residue decomposition rates in the field because with several additions, soil microbes respire more of the added C (and possibly native soil C) per unit biomass but that this does not change their N requirements or the microbial community composition. In the second experiment, the effect of mixing of high and low C/N residues at different times during incubation was investigated. There were 4 addition times; 25% of a total of 2% (w/w) residue was added either as wheat (high C/N) or lupin (low C/N) residue. Wheat residue was added to lupin residues on days 16 (LW-16), 32 (LW-32) or 48 (LW-48). Additional treatments were 100%L (added 25% of lupin residues on days 0, 16, 32 and 48) and 100%W (added 25% of wheat residues on days 0, 16, 32 and 48) and 0% (the control) with four replicates. Adding high C/N residues into decomposing low C/N ratio residue strongly decreased the respiration rate compared to the addition of low C/N residues, and lowered the availability of inorganic N, but significantly increased soil pH and altered microbial community composition. By the end of the incubation on day 64, the cumulative respiration of LW-16, LW-32 and LW-48 was similar and approximately 30% lower than in the treatment with only lupin residue addition. The third experiment studied the effect of spatial separation of high and low C/N residues on decomposition and N mineralization. Each microcosm consisted of two PVC caps of 70 mm diameter and 20 mm height with the open end facing each other separated by a 30μm mesh. The caps were filled with soil mixed with either low or high C/N residue with three replicates. Contact of high and low C/N residues led to an increase in the decomposition rate of the high C/N residues at the interface whereas it decreased it in the low C/N residues. The results showed that N and soluble C compounds moved from the easily decomposable residues into the surrounding soil, thereby enhancing microbial activity, increasing inorganic N and significantly changing soil pH in the layer 0-5 mm from the interface compared to the 5-10 mm layer of the high C/N residues, whereas the movement of soluble C and N to high C/N residues decreased the decomposition of the low C/N residues. The final experiment investigated the effect of living plants on decomposition of high and low C/N residues. Wheat was grown in pots with a 30 μm mesh at the bottom. After a root mat had formed (>50% root coverage), a PVC cap with soil with high and low C/N residues (2% w/w) was placed against the mesh. The presence of plant roots significantly increased the respiration rate, N immobilization and increased the soil pH in the 0-5 mm layer in the first 4 days compared to the 5-10 mm layer. This enhanced microbial activity (and probably microbial biomass) can be explained by root exudates. The microbial community composition of plant treatments differed significantly from treatments without plants and the effect was greater in the immediate vicinity of the roots. / Thesis (M.Ag.Sc.) -- University of Adelaide, School of Earth and Environmental Sciences, 2009

Ziel des Beitrages ist es, die für Beratungsprogramme (BEFU, BESyD, CCB) hinterlegten Richtwerttabellen und Parametersätze zu überarbeiten, neue Entwicklungen aufzuzeigen sowie die wichtigsten Literaturquellen zusammenfassend darzustellen. Auf Grund des Nachholbedarfs trifft das besonders für den ökologischen Landbau zu. Folgende Parameterdatensätze wurden ausführlich beschrieben: - Nährstoffgehalte der Haupt- und Nebenprodukte der Fruchtarten und Zwischenfrüchte - Nährstoffgehalte der Wirtschafts- und Handelsdünger - Ertragsabhängige EWR-Mengen der Fruchtarten - Abbauverhalten und Humifizierungskoeffizienten von Fruchtarten und organischen Materialien - N-Freisetzung aus organischen Materialien - N-Effizienzen von Anbausystemen mit mineralischer und organischer Düngung. Die Veröffentlichung richtet sich an Einrichtungen der Praxis, Beratung und Forschung.:1 Einleitung 2 Material und Methoden 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Nährstoffgehalte sowie Ernte- und Wurzelrückstände der Fruchtarten 3.1.1 Körnerfrüchte 3.1.2 Hülsenfrüchte 3.1.3 Ölfrüchte 3.1.4 Hackfrüchte 3.1.5 Samenvermehrung 3.1.6 Futterpflanzen 3.1.7 Zwischenfrüchte 3.2 Nährstoffgehalte von organischen Düngemitteln 3.2.1 Wirtschafts- und Sekundärrohstoffdünger 3.2.2 Organische Handelsdünger einschließlich Eigenprodukte 3.3 Abbauverhalten organischer Materialien 3.3.1 Getreidestroh 3.3.2 Kartoffelkraut 3.3.3 Gründünger 3.3.4 Ernte- und Wurzelrückstände 3.3.5 Organische Wirtschaftsdünger 3.3.6 Blätter und Nadeln von Baumarten, Torf und Holz 3.3.7 Abbaurangfolge der organischen Materialien 3.4 Ableitung von Humifizierungskoeffizienten für Fruchtarten und organische Materialien zur Humusbilanzierung 3.4.1 Fruchtartenkoeffizienten 3.4.2 Koeffizienten für organische Materialien und Düngemittel 3.5 Nährstoff-Freisetzung aus organischen Materialien im Jahr der Anwendung 3.5.1 Verhältniszahlen zwischen Kohlenstoff und anderen Nährstoffen 3.5.2 Einfluss der C:N-Verhältnisse auf die N-Freisetzung 3.5.3 Relationen zwischen den organisch gebundenen N- und den NH4-N-Anteilen der Düngemittel 3.6 NH3-N-Verluste aus gemulchten organischen Materialien 3.7 Einschätzung der Gesamt-N-Effizienz von Anbausystemen mit mineralischer oder organischer N-Zufuhr 4 Zusammenfassung 5 Literaturverzeichnis

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In Anbetracht des Kompromisses zwischen der Erzielung des höchsten Gewinns und der geringsten Umweltbelastung ist ein tiefes Verständnis der ökonomischen Folgen der Stickstoff (N) Düngung erforderlich. Die vorliegende Doktorarbeit liefert umfassende Einblicke in (i) die Auswirkungen des standortspezifischen N-Managements (SSNM) auf die Rentabilität und Risikominderung, (ii) die Auswirkungen von Unsicherheiten und Risikoeinflüssen auf optimale N-Düngergaben und (iii) das Potenzial und die Kosten der Vermeidung von Treibhausgas (THG) Emissionen durch N-Düngereduktion. Ein Modellierungsansatz wurde entwickelt, um die Wirkung von Ertrag und Proteingehalt, Wirtschafts- und Risikoauswirkungen sowie THG-Emissionen auf die N-Düngung zu simulieren. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass SSNM die Wirtschaftlichkeit verbessert, indem es eine höhere Weizenqualität und damit Preisprämien erzielt. SSNM reduziert das Risiko, die Backqualität nicht zu erreichen, und es gibt keine wesentlichen Nachteile beim Verlustrisikomanagement im Vergleich zum einheitlichen Management. Preisprämien für eine höhere Weizenqualität bieten Anreize für höhere N-Düngergaben. Prämien verflachen die Gewinnfunktion weiter, was unzureichende Argumente für eine Absenkung des N-Inputs aus der Wirtschaftlichkeitssicht liefert, selbst bei einer hohen Risikoaversion der Landwirte. Eine moderate Reduzierung der mineralischen N-Düngung kann die THG-Emissionen bei moderaten Opportunitätskosten mindern. Die THG-Vermeidung durch N-Düngereduktion in einer bestimmten Region kann unter Berücksichtigung kultur- und ertragszonenspezifischer Ertragswirkungen optimiert werden. Insgesamt liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Chancen und Nachteile der Anpassung der N-Düngergaben. Darüber hinaus leistet sie einen direkten Beitrag zur Identifizierung von kosten- und risikoeffizienten N-Managementoptionen und bildet die Grundlage für effektive politische Ansätze zur THG-Vermeidung durch selektive N-Düngereduktion. / Considering the tradeoff between achieving the highest profit and causing the lowest environmental impact, there is a need for a profound understanding of the economic consequences of nitrogen (N) fertilizer application. The present doctoral research provides comprehensive insights into (i) effects of site-specific N management (SSNM) on profitability and risk mitigation; (ii) impacts of uncertainties and risk implications on optimal N fertilizer rates; and (iii) potential and costs of mitigating greenhouse gas (GHG) emissions by N fertilizer reduction. A modelling approach was developed to simulate the response of yield, protein, economic and risk implications, and GHG emissions to N fertilizer application. Findings of the thesis show that SSNM improves profitability by achieving higher grain quality, thus, price premiums. SSNM reduces the risk of not reaching the baking grain quality and poses no considerable disadvantage on downside risk management compared to uniform management. Price premiums for higher wheat quality provide incentives for higher N input rates. Premiums further flatten the profit function, giving insufficient arguments for lowering N input from a farm profitability perspective, even in presence of high risk aversion of farmers. Moderate reduction of mineral N fertilizer can mitigate GHG emissions at moderate opportunity costs. GHG mitigation by N fertilizer reduction in a given region can be optimized considering crop and yield-zone-specific yield responses. Overall, this thesis provides important insights on chances and drawbacks of adjusting N fertilizer rates. Moreover, it makes a direct contribution in identifying cost- and risk-efficient N management options and provides a basis for effective policy approaches to reduce GHG emissions by selective N fertilizer reduction.