In den letzten zwei Jahrzehnten wurden in Sumatra (Indonesien) große Regenwaldflächen für den Anbau von Kautschuk- und Palmölplantagen zerstört. Dies zeigt sich in der Abnahme Waldfläche in dieser Region um 36% zwischen 1990-2010. Eine solch schnelle Landnutzungsänderung hat Auswirkungen auf die Umwelt: Es ist davon auszugehen, dass die Zerstörung von Regenwald und die Etablierung von Kautschuk- und Palmölplantagen aufgrund von Einflüssen auf die Bodenoberfläche, Veränderungen von Streufall, Nährstoffverfügbarkeit und Management in den Plantagen zu erhöhter Nährstoffauswaschung und einer verminderten Nährstoffretentionseffizienz führt. Diese Arbeit stellt zwei Studien vor, die sich mit den Auswirkungen der Regenwaldzerstörung - und der einhergehenden Kultivierung von Kautschuk und Ölpalmenbäumen - auf Nährstoffauswaschung und Nährstoffretentionseffizienz beschäftigt. Außerdem untersucht sie Unterschiede in der Nährstoffauswaschung zwischen gedüngten und mit Palmwedeln bedeckten Bereichen in Palmölplantagen. Beide Studien wurden in zwei Landschaften der Provinz Jambi (Sumatra, Indonesien) mit stark verwitterten Acrisol-Böden durchgeführt, die sich in der Bodenart unterscheiden (lehm- bzw. tonhaltiger Acrisol). Die Nährstoffauswaschung im Boden wurde mit Saugkerzen-Lysimetern gemessen, die in 1,5m Tiefe im Boden installiert wurden. Beprobt wurde von Februar bis Dezember 2013 zweiwöchentlich bis monatlich. Die erste Studie beschäftigt sich mit der Nährstoffauswaschung und Nährstoffretentionseffizienz im Boden vierer verschiedener Landnutzungsarten. Dabei handelt es sich um die zwei Referenznutzungsformen Tieflandregenwald sowie Sekundärwald durchsetzt mit Kautschukbäumen, als auch um die veränderten Landnutzungsformen kleinbäuerlicher Kautschuk- und Ölpalmplantagen. Jede Landnutzung, ausgenommen der Palmölplantagen mit drei Wiederholungen, wurde durch vier Wiederholungsflächen innerhalb jeder Landschaft repräsentiert. Somit wurde die Studie auf insgesamt 30 Flächen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen für den lehmigen Acrisol-Boden der Referenzflächen eine höhere Auswaschung und eine niedrigere N-Retentionseffizienz für Stickstoff (N) und basische Kationen, verglichen mit dem tonigen Acrisol-Boden bestanden. In den Palmölplantagen zeigte sich, dass Düngung und Kalkung zu erhöhter Auswaschung von gelöstem N, gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) und basischen Kationen führte, sowie zu einer geringeren Retentionseffizienz von N und basischen Kationen im Boden. In den ungedüngten Kautschukplantagen dagegen waren die Auswaschungsverluste von gelöstem N, DOC und basischen Kationen geringer als in den Palmölplantagen. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass Nährstoffverluste und Nährstoffretentionseffizienz in Kautschuk- und Palmölplantagen auf stark verwitterten Acrisolen primär von Tongehalt und Management abhängen. In der zweiten Studie wurde die Nährstoffauswaschung in den gedüngten und mit Palmwedeln bedeckten Bereichen in Palmölplantagen von Kleinbauern in lehm- bzw. tonhaltigen Acrisolen gemessen. Die Ergebnisse zeigten höhere Auswaschverluste (d.h. N, basische Kationen, Gesamt-Aluminium, Gesamt-Mangan, Gesamt-Schwefel und Chlor) in den gedüngten Bereichen als in den mit Palmwedeln bedeckten Bereichen aufgrund der Frequenz des Mineraldünger- und Kalkeinsatzes. Auf Landschaftsebene wurden die höheren Bodennährstoffvorräte und eine niedrigere Nährstoffauswaschung im Ton-Acrisol im Vergleich zum Lehm-Acrisol sowohl in den gedüngten als auch in den mit Palmwedeln bedeckten Bereichen durch die höhere Nährstoffretention (als Ergebnis höheren Tongehaltes) verursacht. Die Kombination von Nährstoffauswaschung und Nährstoffeintrag (d.h. Gesamtniederschlag und Dünger) mit zusätzlichen Informationen über den Nährstoffaustrag durch die Ernte, geben uns umfassendere Informationen über die Veränderungen im partiellen Nährstoffhaushalt von N, Phosphor (P), und basischen Kationen bei Waldumwandlung zu Palmöl- und Kautschukplantagen. Gedüngte Palmölplantagen hatten aufgrund der hohen jährlichen Nährstoffauswaschung und des Ernteexports das niedrigste jährliche Teilbudget an N, Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg). Dennoch verringerten die hohen negativen Teilbudgets von N, Ca und Mg in den Palmölplantagen nicht deren Vorräte in 1m Bodentiefe verglichen mit den anderen Landnutzungsformen - außer für austauschbares Mg im Lehm-Acrisol. Obwohl ungedüngte Kautschukplantagen geringere Auswaschung zeigen als der Wald (z.B. für P), führte der Ernteexport zu einem geringeren jährlichen P-Teilbudget. Insgesamt implizieren die Ergebnisse der beiden Studien folgende verbesserte Managementverfahren für diese hochverwitterten Böden: eine Synchronisation der Düngermenge mit der Pflanzenaufnahme sowie eine Anpassung der Düngungshӓufigkeit.

Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Biochar is a carbon-rich solid material produced during pyrolysis, which is the thermal degradation of biomass under oxygen limited conditions. Biochar can be used as a soil amendment to increase the agronomic productivity of low potential soils. The aim of this study was to investigate the effect of applying locally-produced biochar on the fertility of low-nutrient holding, sandy soil from the Western Cape, and to determine the optimum biochar application level. Furthermore, this study investigates the effect of biochar on the leaching of an inorganic nitrogen fertilizer and a multi-element fertilizer from the sandy soil. The biochar used in this study was produced from pinewood sawmill waste using slow pyrolysis (450 °C). The soil used was a leached, acidic, sandy soil from Brackenfell, Western Cape. In the first study, the sandy soil mixed with five different levels of biochar (0, 0.05, 0.5, 0.5 and 10.0 % w/w) was chemically characterised. Total carbon and nitrogen, pH, CEC and plant-available nutrients and toxins were determined. The application of biochar resulted in a significant increase in soil pH, exchangeable basic cations, phosphorus and water holding capacity. A wheat pot trial using the biochar-amended soil was carried out for 12 weeks and to maturity (reached at 22 weeks). The trial was conducted with and without the addition of a water-soluble broad spectrum fertilizer. Results showed that biochar improved wheat biomass production when added at low levels. The optimum biochar application level in the wheat pot trial was 0.5 % (approximately 10 t ha-1 to a depth of 15 cm) for the fertilized treatments (21 % biomass increase), and 2.5 % (approximately 50 t ha-1 to a depth of 15 cm) for unfertilized treatments (29 % biomass increase). Since most biochars are alkaline and have a high C:N ratio, caution should be taken when applying it on poorly buffered sandy soil or without the addition of sufficient nitrogen to prevent nutrient deficiencies. In the second study, leaching columns packed with sandy soil and biochar (0, 0.5, 2.5 and 10.0 % w/w) were set up to determine the effect of biochar on inorganic nitrogen fertilizer leaching over a period of 6 weeks. It was found that biochar (0.5, 2.5, and 10.0 % w/w) significantly reduced the leaching of ammonium (12, 50 and 86 % respectively) and nitrate (26, 42 and 95 % respectively) fertilizer from the sandy soil. Moreover, biochar (0.5 %) significantly reduced the leaching of basic cations, phosphorus and certain micronutrients. This study demonstrated the potential of biochar as an amendment of acidic, sandy soils. Our findings suggest that an application rate of 10 t ha-1 should not be exceeded when applying biochar on these soils. Furthermore, biochar application can significantly reduce nutrient leaching in sandy agricultural soils. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Biochar is ʼn koolstof-ryke, soliede materiaal geproduseer gedurende pirolise, wat die termiese degradasie van biomassa onder suurstof-beperkte omstandighede behels. Biochar kan gebruik word as ʼn grondverbeterings middel om die agronomiese produktiwiteit van grond te verhoog. Die doel van hierdie studie was om die effek van plaaslike vervaardigde biochar op die vrugbaarheid van die sanderige grond van die Wes-Kaap te ondersoek, en om die optimale biochar toedieningsvlak te bepaal. Verder, het hierdie studie die effek van biochar op die loging van anorganiese stikstof kunsmis en ‘n multi-elementkunsmis op sanderige grond ondersoek. Die biochar wat in hierdie studie gebruik is, is van dennehout saagmeul afval vervaardig d.m.v. stadige pirolise (450 °C). Die grond wat in hierdie studie gebruik is, is ‘n geloogde, suur, sanderige grond van Brackenfell, Wes-Kaap. In die eerste studie, is ‘n chemiesie ondersoek van die sanderige grond wat vermeng met is met vyf verskillende vlakke van biochar (0, 0.05, 0.5 en 10.0 % w/w) uitgevoer. Totale koolstof en stikstof, pH, KUK, en plant-beskikbare voedingstowwe en toksiene is in die grondmengsels bepaal. Die toediening van biochar het ‘n veroorsaak dat die grond pH, uitruilbare basiese katione, fosfor en waterhouvermoë beduidend toegeneem het. ‘n Koringpotproef was uitgevoer vir 12 weke en ook tot volwassenheid (wat op 22 weke bereik was) om die effek van die biochar op die sanderige grond teen die vyf verskillende toedieningsvlakke te bepaal. Daar was behandelings met en sonder die bykomstige toediening van ‘n wateroplosbare breë-spektrumkunsmis. Resultate toon dat die toediening van biochar teen lae vlakke koringbiomassa produksie verbeter. Die optimale biochar toedieningsvlak in die koringpotproef is 0.5 % (omtrent 10 t ha-1 tot ‘n diepte van 15 cm) vir die bemeste behandeling (21 % biomassa toename), en 2.5 % (omtrent 50 t ha-1 na ‘n diepte van 15 cm) vir onbemeste behandelings (29 % biomassa toename). Aangesien die meeste biochars alkalies is en ‘n hoë C:N verhouding besit, moet sorg gedra word wanneer dit op swak-gebufferde of lae N-houdende sanderige gronde toegedien word. Die resultate het aangedui dat die biochar versigtig aangewend moet word om grond oorbekalking te voorkom. In die tweede studie, was kolomme gepak met 2.0 kg van die sanderige grond gemeng met biochar (0, 0.05, 0.5, 2.5 en 10.0 % w/w) om die effek van biochar op die loging die anorganiese stikstof kunsmis oor ‘n tydperk van 6 weke om vas te stel. Daar is gevind dat biochar (0.5, 2.5 en 10.0 % w/w) die loging van ammonium (12, 50 en 86 % onderskeidelik) en nitraat (26, 42 en 95 % onderskeidelik) op sanderige grond aansienliek verminder. Verder, het biochar (0.5 %) die loging van basiese katione, fosfor en mikrovoedingstowwe aansienlik verminder. Hierdie studie het die potensiaal van biochar as verbeteringmiddel van suur, sanderige grond gedemonstreer. Ons bevindinge dui daarop aan dat ‘n toepassing vlak van 10 t ha-1 moet nie oorskry word nie wanneer biochar op hierdie gronde toegedien word. Die toediening van biochar op sanderige grond kan die loging van voedingstowwe aansienlik verlaag.