Raumzeitliche Dynamik von biogenen Si Pools in initialen Böden und ihre Bedeutung für die Desilifizierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Weltweit erstmalig konnten in dem Projekt alle relevanten, biogenen Si Pools in Böden quantifiziert werden. Der Aufbau dieser Pools erfolgte dabei sehr schnell, d.h. innerhalb weniger Jahre war ein Si-Zwischenspeicher im System „Boden- Pflanzen-Mikrobiom“ etabliert. Allerdings lag dieser mit max. 0,35 g Si m^-2 auf niedrigem Niveau (Mittel: 0,06 g Si m^-2). Zonale Unterschiede im Einzugsgebiet deuteten sich an, waren aber statistisch nicht abzusichern. Die relativen Anteile der phytogenen, zoogenen und protistischen Si-Pools in Böden variierten zwischen den vier Zonen des Einzugsgebietes. Dabei war der phytogene Si-Pool (Phytolite) nicht so dominant wie vermutet und trat insbesondere im grundwasserbeeinflussten südlichen Teil des Einzugsgebietes deutlich zurück. Als Ursache hierfür ist der hohe Anteil an unzersetzter Pflanzenstreu von Schilf und Land-Reitgras zu nennen, was zur Bildung von lokalen, organischen Auflagehorizonten in allen Zonen des Einzugsgebietes führte. In diesen Streuauflagen ist nach wie vor der größte Teil des aufgenommenen Si gespeichert, d.h. es erfolgte bislang noch keine Einmischung des phytogenen Si (Phytolite) in den Mineralboden. Der Si-Zwischenspeicher der Pflanzenstreu (Schilf, Land-Reitgras) betrug immerhin 40% der gesamten, oberirdisch gespeicherten Si-Menge im Einzugsgebiet. Dies konnte über die räumlich explizite Modellierung der Pflanzenbestände und - biomassen auf Basis modernster, Drohnen-basierter Fernerkundung nachgewiesen werden. Erstaunlich hoch lag sowohl die oberirdisch gespeicherte Si-Menge (Mittel: 13 g Si m^-2) als auch die annuellen Biosilifizierungsraten bei den Land-Reitgrasbeständen (Mittel: 2 g Si m^-2). Diese entsprechen dem oberen Wertebereich von maturen Wäldern und übertreffen die bislang untersuchten Gras-dominierten Ökosysteme außerhalb von Feuchtgebieten (Savanne, Steppen, Auengrünland). Deutlich ist eine höhere, pflanzliche Biomasse und damit Si-Akkumulation in der W-Zone (verglichen mit der E-Zone). Dies ist wahrscheinlich auf eine höhere N- und K-Versorgung in der W-Zone zurückzuführen, die ihrerseits Resultat initialer Materialunterschiede bei der Sedimentschüttung ist. Ungeklärt bleibt der deutliche Anstieg des wasserlöslichen Si in den obersten 10 cm nahezu aller beprobten Böden (Mittel: +1,6 g Si m^-2). Die Si-Konzentrationen der Bodenlösungen in 30 cm wiesen überraschend große Unterschiede zwischen und innerhalb der Standorte auf. Über den Untersuchungszeitraum gemittelt lagen die Werte zwischen 1,4 g Si L^-1 und 7,6 g Si L^-1. Weder der oberirdische pflanzliche Si-Pool noch der wasserlösliche Si-Pool in den Oberböden (0-10cm) zeigten einen Zusammenhang zu den Si-Konzentrationen. Ursächlich hierfür waren vielmehr die Gehalte an wasserlöslichem Si der Bodentiefe 10-30 cm, d.h. die lokalen Materialeigenschaften in der Nähe der Saugkerzen bestimmten die Si-Konzentration der Bodenlösungen. Die Ausgangshypothese einer Kopplung der aktuellen Desilifizierung an die Entwicklung biogener Si-Pools ließ sich durch die erzielten Ergebnisse im Einzugsgebiet Hühnerwasser nicht bestätigen. Viele Befunde deuten vielmehr darauf hin, dass der Si-Kreislauf sowohl im Raum als auch in der Zeit entkoppelt ist. Ein Großteil des pflanzlichen Si-Pools ist noch in der Streu gespeichert, d.h. er ist ohne Einfluss auf die Si-Gehalte in den Böden - und damit auch weitgehend der Lösung bzw. dem Austrag entzogen. Der Aufbau eines leicht löslichen Si Pool in den obersten 10cm blieb ohne eindeutige Erklärung. Überraschenderweise war er auch ohne Einfluss auf die Zusammensetzung der Bodenlösung (in 30cm). Diese wurden vielmehr durch die lokalen Sedimenteigenschaften bestimmt, d.h. den initialen Zustand. Es bleibt abzuwarten, ob sich mit der Zersetzung der Pflanzenstreu durch Bodentiere zukünftig eine engere Kopplung zwischen den Si-Austrägen und dem biogenen Si-Kreislauf entwickelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014) Dynamics and drivers of the protozoic Si pool along a 10-year chronosequence of initial ecosystem states. Ecological Engineering 70, 477-482
Puppe, D., Kaczorek, D., Wanner, M., Sommer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.06.011) - (2015) Culture growth of testate amoebae under different silicon concentrations. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Protozoologie, Magdeburg
Wanner, M., Seidl-Lampa, B., Höhn, A., Puppe, D., Sommer, M.
- (2015) Testate amoebae colonizing a newly exposed land surface are of airborne origin. Ecological Indicators 48, 55-62
Wanner, M., Elmer, M., Sommer, M., Funk, R., Puppe, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.07.037) - (2015): Protozoische Silicium-Pools in Böden initialer und bewaldeter Ökosysteme – Quantifizierung und abiotische und biotische Einflüsse. Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg
Daniel Puppe
- (2016) As time goes by - spatiotemporal changes of biogenic Si pools in initial soils of an artificial catchment in NE Germany. Applied Soil Ecology 105, 9-16
Puppe, D., Höhn, A., Kaczorek, D., Wanner, M., Sommer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.01.020) - (2016) Culture growth of testate amoebae under different silicon concentrations. European Journal of Protistology 56, 171-179
Wanner, M., Seidl-Lampa, B., Höhn, A., Puppe, D., Meisterfeld, R., Sommer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ejop.2016.08.008) - (2017) How big is the influence of biogenic silicon pools on short-term changes of water soluble silicon in soils? Implications from a study of a ten-year-old soil-plant-system. Biogeosciences 14, 5239-52
Puppe, D., Höhn, A., Kaczorek, D., Wanner, M., Wehrhan, M., Sommer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/bg-14-5239-2017) - (2017). Biogenic silicon pools in terrestrial biogeosystems and their significance for silicon cycling. European Geosciences Union General Assembly 2017, Vienna, Austria
Puppe, D., Höhn, A., Kaczorek, D., Ehrmann, O., Wanner, M., Sommer, M.
- (2017). Quantitative and qualitative biogenic silicon analyses combining modern microscopical and spectroscopical methods. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft Göttingen
Puppe, D., Höhn, A., Kaczorek, D., Wanner, M., Sommer, M.
