Messung der Bodenenzymaktivität mit der SEAR-Technologie

In diesem Versuch wurde in verschiedenen Bodentypen die Enzymaktivität mit einem neuartigen Sensor des Zürcher Startups Digit Soil gemessen. Die gemessene Bodenenzymaktivität wird für die Berechnung der biologische Bodenqualität verwendet.

Auf der Swiss Future Farm fanden die Messungen auf sechs verschiedenen Flächen statt.

Methodik von Digit Soil

In landwirtschaftlich genutzten Böden besteht zwischen der Aktivität von Bodenenzymen und der Nährstoffmineralisierung ein positiver Zusammenhang. Im Versuch wurde die extrazelluläre Enzymaktivität von fünf Enzymgruppen mit dem Soil Enzymatic Activity Reader (SEAR) gemessen. Die Messungen basieren auf der Reaktion von Bodenenzymen mit enzymspezifischen fluorogenen Substraten. Aufgrund der Reaktion der Bodenenzyme mit den Substraten berechnet Digit Soil folgende Indikatoren:

• biologische Aktivität
• C:N Abbauverhältnis
• Kohlenstoffzersetzung
• Stickstoffmineralisierung
• Phosphor-Mineralisierung

In unserem Versuch wurden nur die ersten beiden Indikatoren berücksichtigt.

Beschreibung Versuchsfläche

Auf der Swiss Future Farm wurden verschiedene Bodentypen mit der SEAR-Technologie analysiert und verglichen:

• Braunerde
• Kalkbraunerde
• Parabraunerde
• Gley
• Braunerde

Im Herbst 2022 wurden die Proben aus einer Tiefe von drei bis zehn Zentimetern (Rhizosphäre) entnommen. Die Rhizosphäre beschreibt den Bereich des Bodens, der von Pflanzenwurzeln beeinflusst ist. Hier werden auch Nährstoffe zwischen den Wurzeln und dem Boden ausgetauscht.

Eine detaillierte Beschreibung des Bodentypes ist im Jahresbericht 2022 ersichtlich.

Ergebnisse

Die Aktivität von b-Glucosidase (GLS) und Phosphatase (MUP) ist bei den fünf gemessenen Enzymen am höchsten. Aus den gemessenen Enzymaktivitäten wurde die biologische Aktivität abgeleitet.

Die Fläche - Weid links - mit der Braunerde hat einen Wert von 7.97 und weist damit das höchste enzymatische C:N Verhältnis aus. Das tiefste enzymatische C:N Verhältnis hat die Fläche - Altkloster - mit der Kalkbraunerde und einem Wert von 4.49. Gemäss Angaben von Digit Soil könnte das auf die höchste Mineralisierungstätigkeit hinweisen.

Der biologische Aktivitätsindex setzt die auf den Versuchsflächen gemessenen Werte in Relation zum Referenzdatensatz von Digit Soil. Der Index zeigt für die Versuchsflächen in Tänikon lediglich mittlere und tiefe Werte. Die höchste biologische Aktivität wurde auf der Fläche - Weid links - gemessen.

Auf der Fläche - Weid links - steht seit vielen Jahren eine Naturwiese ohne Bodenbearbeitung. Ebenfalls konnte auf der Fläche - Löhre Spitz - eine mittlere Aktivität gemessen werden. Die Fläche wurde in der Bodenkartierung aus den 70er-Jahren als ausgezeichnetes Acker- und Wiesland charakterisiert.

Insgesamt wies die Fläche Schürpunt die tiefste biologische Aktivität auf. Die Bodenproben von 2019 ergaben für die diese Fläche einen eher tiefen Humusgehalt zwischen 3.4 und 3.5  Prozent sowie eine hohe Verdichtung auf. Für eine genauere Untersuchung des Bodens bräuchte es differenziertere Versuche mit mehr Wiederholungen.

Das Gerät von Digit Soil ist einfach zu bedienen und liefert bereits innerhalb von 40 Minuten Resultate. Für die breite Anwendung der SEAR-Technologie in der Landwirtschaft fehlen noch klare Empfehlungen, die aus den gemessenen Enzymaktivitäten hervorgehen. Spannend könnte es sein, durch den Einsatz des Sensors die N-Nachlieferung aus dem Boden laufend abzuschätzen und so die zu düngenden N-Mengen besser zu bestimmen. Ebenfalls könnte die Anwendung des biologischen Aktivitätsindex zur Erfolgskontrolle von pflanzenbaulichen Massnahmen (Gründüngungen, reduzierte Bodenbearbeitung, Herbizidverzicht) genutzt werden.