FOR 1806:  Der vergessene Teil des Kohlenstoffkreislaufs: Lagerung und Umsatz des organischen Materials im Unterboden

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207213200

Das Forschungsprojekt untersucht die Lagerung und den Umsatz des organischen Materials (OM) in Unterböden von Wäldern. 40-60 Prozent des global gebundenen Kohlenstoffs befinden sich in Böden zwischen 30 cm und 2 m Tiefe. Dieser hier gelagerte Kohlenstoff weist ein hohes Alter (>1000 Jahre) auf und scheint stabil und geschützt vor mikrobiellem Abbau vorzuliegen. Jedoch gelangt kontinuierlich frisches OM in den Unterboden, z.B. in gelöster Form über die Wurzeln, was zu einem Abbau des im Unterboden vorhandenen OM führen kann. Um das Verständnis der Lagerungs- und Umsatzmechanismen des OM im Unterboden zu verbessern, hat die Forschergruppe folgende Hypothesen aufgestellt: (1) Das OM im Unterboden besteht hauptsächlich aus rekalzitranten Stoffen, die das Endprodukt einer Vielzahl metabolischer und biochemischer Prozesse sind und sich somit im Boden anreichern, während frisches OM abgebaut wird. (2) Der jährliche Eintrag von frischem OM in den Unterboden ist so gering, dass die Sequestrierung nicht signifikant zur Veränderung der Poolgröße oder der 14C-Aktivität im Unterboden beiträgt. (3) Altes organisches Bodenmaterial (SOM) ist im Unterboden stärker an pedogene Minerale gebunden als im Oberboden, sodass es besser gegen Biodegradation geschützt ist. (4) Das höhere 14C-Alter des OM im Unterboden liegt in einem kleinen Anteil an fossilem oder geogenem C begründet. Die mittlere Verweilzeit des OM im Unterboden ist daher überschätzt. (5) Die Dichte der mikrobiellen Biomasse und ihre Aktivität im Unterboden sind gering und werden durch Umweltfaktoren wie einem geringen O2-Partialdruck und geringen Temperaturen limitiert, sodass die Mineralisation von SOM nur langsam erfolgt. (6) Die Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft ist auf wenige "hot spots" begrenzt, an denen frisches OM angeliefert wird, z.B. durch Wurzeln, Wurzelexudate oder grabende Tiere. Große Teile des Bodens sind nur spärlich besiedelt, sodass selbst potenziell degradierbares OM dort überdauert. Innerhalb von zehn Subprojekten werden diese Hypothesen anhand von Feld- und Laborexperimenten bearbeitet. Die Untersuchungen werden in abgestimmten Experimenten durchgeführt, sodass die Daten der jeweiligen Projekte aufeinander bezogen werden können. Insgesamt hat sich die Forschergruppe zum Ziel gesetzt, ein konzeptionelles Modell zu entwickeln, dass das Wissen über die Lagerungs- und Umsatzprozesse des OM im Unterboden unter der Berücksichtigung bodenphysikalischer, -chemischer und -biologischer Messgrößen verbessert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Biologische Regulation des Kohlenstoffkreislaufes in Unterböden unter Freilandbedingungen (Antragstellerinnen / Antragsteller Kandeler, Ellen ;  Marhan, Sven ;  Poll, Christian )
• Detektierung von junger und alter organischer Substanz in Unterböden - Bewertung von Stabilisierungs- und Destabilisierungsprozessen (Antragsteller Don, Axel )
• Effects of water content, input of roots and dissolved organic matter and spatial inaccessibility on C turnover & determination of the spatial variability of subsoil properties (Antragsteller Ludwig, Bernard )
• Einfluss der Rhizosphäre auf die Verteilung und Zusammensetzung organischen Kohlenstoffs in Unterböden (Antragstellerin Kögel-Knabner, Ingrid )
• Herkunft und Verbleib gelöster organischer Substanz im Unterboden gesteuert durch dynamische Austausch- und Remobilisierungsprozesse (Antragsteller Guggenberger, Georg ;  Kalbitz, Karsten ;  Mikutta, Robert )
• Identifizierung von Quellen und Degradierbarkeit der organischen Substanz in Unterböden mittels 14C-Analysen (Antragstellerin Rethemeyer, Janet )
• Projektkoordination: Untersuchungsflächenmanagement, zentrale Datenauswertung und Modellierung des C-Umsatzes im Unterboden (Antragstellerinnen / Antragsteller Bachmann, Jörg ;  Marschner, Bernd ;  Reichstein, Markus ;  Schrumpf, Marion )
• Räumliche Segregation, Substrat- und Nährstoffverfügbarkeit als limitierende Faktoren für den Kohlenstoffumsatz im Unterboden (Antragsteller Marschner, Bernd )
• Stabilisierung der organischen Bodensubstanz in Unterböden: Einfluss von kleinskaliger physikalischer Heterogenität auf Partikeloberflächen (Antragsteller Bachmann, Jörg )
• Unterschiede in der Morphologie und Funktion (Wasser- und Stickstoffaufnahme, Exsudation) zwischen Wurzeln im Ober- und Unterboden der Rotbuche auf unterwschiedlichen geologischen Bodensubstraten (Antragsteller Leuschner, Christoph )

• Sprecher: Professor Dr. Bernd Marschner