Stabilisierung der organischen Bodensubstanz in Unterböden: Einfluss von kleinskaliger physikalischer Heterogenität auf Partikeloberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Bachmann
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207213200

Die räumliche Trennung zwischen Zersetzern und Substrat kann als eine der wichtigsten Faktoren für die Variabilität, Stabilität und den Umsatz von organischer Substanz in Unterböden betrachtet werden. Die Bedeutung von Grenzflächeneigenschaften der Bodenpartikel wird bereits durch die große spezifische Oberfläche der Bodenpartikel deutlich, auf denen fast alle Prozesse in Böden ablaufen. Die Bedeutung von Grenzflächen und deren Eigenschaften hingegen wird aber insbesondere in Hinblick auf deren Beitrag zur Heterogenität in Böden oft unterschätzt. Daher besteht die Frage, welche bodenspezifischen Faktoren den Kohlenstoffhaushalt in Böden steuern und welche räumlichen Skalen für eine Beschreibung der Umsatzprozesse relevant sind. Ein Merkmal von Projekt P4 ist die Entwicklung einer Probenahmetechnik zur Messung kleinskaliger Bodeneigenschaften und Prozesse, wobei natürliche 3-dimensionale Prozesse weitgehend auf eine 2-d Geometrie reduziert werden, was eine Zuordnung von Bodeneigenschaft und Prozess erleichtert. Mittels Flow-cell - Beprobung können quaderförmige Proben (z.B. 8 x 12 cm) entnommen werden, die im Labor auf fünf 5 bis 10 mm breite Scheiben reduziert werden, die dann als ungestörte Wiederholungsproben betrachtet werden können. Da sich die einzelnen Scheiben jeweils in einer geschlossenen Zelle befinden, können Fließ- und Transportprozesse untersucht werden. Dabei sollen Oberflächeneigenschaften mit physikalischen und biologischen Prozessen zur Identifizierung und Erklärung mikrobieller Hotspots verknüft werden. Eine Hintereinanderschaltung mehrerer Fließzellen ermöglicht z.B. die Erfassung des Durchbruchsverhaltens 13C-markierter DOM Lösung an der Basis jeder Zelle, während die Untersuchung einzelner Zellenoberflächen die direkte Kartierung physikalischer, chemischer und biologischer Parameter auf weitgehend ungestörten Probenoberflächen erlaubt. Zwei zentrale Fragestellungen werden untersucht: Ob und wie das Auftreten mikrobieller Hotspots mit physikalischen Oberflächenparametern erklärt werden können und welche spezifischen Wechselwirkungen zwischen Wurzelzustand und Bodeneigenschaften bestehen, insbesondere in Hinblick auf die Benetzbarkeit der unmittelbaren Rhizosphäre. Hierfür werden physikochemische Untersuchungen (Kontaktwinkelmessung, ESEM Kondensationsversuche) sowie IR-spektroskopische Untersuchungen zur Messung von Menge und Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz und weiterer Bodenparameter durchgeführt. Die biologische Reaktion wird über die Parameter Respiration, Exo-Enzym Aktivität sowie den Transport und Abbau 14C-markierter Glucose erfasst und mit den Oberflächenparametern in Beziehung gesetzt. In enger Kooperation mit den Projektpartnern werden 3 Standorte des Programms beprobt.Übergeordnetes Ziel ist es, die Relevanz kleinräumiger Heterogenität von strukturellen Eigenschaften und Grenzflächencharakteristika auf die Stabilisierung der Bodensubstanz in schwach strukturierten Waldunterböden zu erfassen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1806: Der vergessene Teil des Kohlenstoffkreislaufs: Lagerung und Umsatz des organischen Materials im Unterboden
• Mitverantwortlich: Dr. Marc-Oliver Göbel