Detektierung von junger und alter organischer Substanz in Unterböden - Bewertung von Stabilisierungs- und Destabilisierungsprozessen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Axel Don
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207213200

Unterböden speichern mehr als 50% des globalen Bodenkohlenstoffs und trotzdem ist bisher wenig über die Stablisierungs- und Destabilisierungsmechanismen von Unterbodenkohlenstoff bekannt. Die organische Substanz (OS) in Unterböden stammt aus drei Quellen: Gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) der mit den Sickerwasser in Unterböden gelangt, Wurzelstreu und -exudate (beides zusammen die biogene OS-Quellen) und OS aus dem geologischen Ausgangsmaterial der Böden, sog. geogene oder fossile OS. Bisher gibt es kaum Studien, die den Anteil dieser verschiedenen Quellen an der OS der Unterböden quantifiziert haben. Ziel dieses Teilprojekts ist es innerhalb der Forschergruppe SUBSOM die Quellen von Unterbodenkohlenstoff zu detektieren, zwischen biogenem und geogener OS zu unterscheiden und die Stabilität von junger DOC-bürtiger OS und alter geogener OS in Unterböden zu untersuchen. In drei Arbeitspaketen (APs) werden Feldexperimente mit Laboranalysen und Inkubationsexperimenten verknüpft. Isotopen Markierung (13C) wird zur Detektion des jungen DOC genutzt, sowie 14C zur Detektion des alten, geogenen Kohlenstoffs.An den SUBSOM-Observatorien wird das Monitoring der bodenbürtigen CO2-Flüsse fortgesetzt (AP1) und das auf den CO2-Gradienten bestehende Modell innerhalb des Switch off- Gemeinschaftsexperiments validiert. Neu verfügbare Daten zum Wurzelumsatz werden als eine Eingangsgröße in eine multivariate Datenanalyse (Maschinelle Lernalgorithmen) zu Unterböden CO2-Flüssen einfließen, um den großen Datensatz der Observatorien auszuwerten.Der Verbleib und die Stabilität von DOC in Unterböden wird in einem Gemeinschaftsexperiment (Feldkampagnen koordiniert durch dieses Teilprojekt) mit der Applikation von markiertem DOC an drei Standorten in jeweils zwei Bodentiefen untersucht. Analog wird auch an den Observatorien der Verbleib der markierten Streu im Mineralboden 20 Monate nach deren Ausbringung untersucht (Feldkampagnen koordiniert durch dieses Teilprojekt). In Inkubationsexperimenten mit Zugabe von Nährstoffen und leicht verfügbarer OS wird der Stabilisierungsgrad der jungen OS sowie deren Stabilisierungsmechanismen untersucht.Die Bedeutung von geogener OS in Unterböden wird in einem Gemeinschaftsexperiment (koordiniert von diesem Teilprojekt)(WP3) an vier Standorten mit unterschiedlichem Sedimentgestein (Löss, tertiärer Sand, Buntsandstein, Muschelkalk) untersucht. An Proben aus tiefen Bohrkernen (10 m) wird OS mit fast 100% geogenem Urspruchs quantifiziert und charakterisiert. Fraktionierungsmethoden werden entwickelt, um geogene OS von biogener zu trennen. Die Stabilität von geogener OS, wenn sie Teil des Bodens wird, wird mittels Inkubationsexperimenten untersucht (erhöhte Nährstoffkonzentrationen und leicht verfügbarer Kohlenstoff).Daten zum Umsatz und in-situ Transport von DOC in verschiedenen Bodentypen und der Anteil geogener OS an der OS in Unterböden werden direkt als Eingangsvariable in der numerischen Modellierung von SUBSOM genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1806: Der vergessene Teil des Kohlenstoffkreislaufs: Lagerung und Umsatz des organischen Materials im Unterboden
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Heinz Flessa; Dr. Mirjam Helfrich