Quantifizierung der kleinräumigen physiko-chemischen und mikrobiologischen Eigenschaften von Gefügeoberflächen in strukturierten Böden (Fortsetzungsantrag)

• Antragsteller: Dr. Martin Leue
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237017826

In strukturierten Böden bilden Bioporen, Schrumpfungsrisse und Aggregat-Zwischenräume ein komplexes Makroporen-Netzwerk, in dem Wasser und darin mitgeführte Stoffe präferenziell verlagert werden können. Die Gefügeoberflächen können von organischer Bodensubstanz (OBS) und Tonmineralen überzogen und in Abhängigkeit von der OBS von Mikroorganismen besiedelt sein, welche wiederum Umsetzungsprozesse, wie z.B. die C-Freisetzung aus Unterböden, beeinflussen. Die physiko-chemischen und geometrischen Eigenschaften von Gefügeoberflächen beeinflussen sowohl den präferenziellen Fluss als auch den Austausch zwischen den Fließregionen (Makroporen und Bodenmatrix). Die Parametrisierung dieser Eigenschaften ist aufgrund der Empfindlichkeit und Struktur der Gefügeoberflächen schwierig und bislang nur bezüglich der potenziellen Benetzbarkeit der OBS und der Oberflächenrauigkeit erfolgt. Kernidee ist, dass sich zweidimensional erfasste Eigenschaften von Gefügeoberflächen mit Informationen über die dreidimensionale Verteilung dieser Gefüge für Bodenvolumina extrapolieren lassen und dadurch eine Abschätzung der Effekte dieser Eigenschaften auf den präferenziellen Fluss und auf Stoffumsetzungsprozesse in Bt-Horizonten möglich wird. Ziel des Fortsetzungsprojektes ist die quantitative Beschreibung der kleinräumigen physiko-chemischen und mikrobiologischen Eigenschaften von intakten Gefüge- und Fließwegoberflächen in Bt-Horizonten von Parabraunerden aus Löss und Geschiebemergel. Die im vorangegangenen Projekt (LE 3177/1-1) erreichten Ergebnisse werden durch folgende Arbeitsschritte erweitert: (i) Für die Volumen-bezogene (dreidimensionale) Quantifizierung der Makroporen-Struktur in Bt-Horizonten werden die potenziell verfügbaren Makroporen mittels Röntgen-Computertomographie (µCT) und die aktiven (d.h. durchflossenen) Makroporenanteile durch Farbtracer-Verlagerungsexperimente erfasst. Durch die Kombination von µCT-Messungen an unterschiedlich dimensionierten Proben werden alle Makroporen-Größen berücksichtigt. Der Einfluss des Bodenwasser-Gehaltes wird durch den Vergleich von gesättigten und ungesättigten Zuständen untersucht. (ii) Die physiko-chemischen Eigenschaften von Gefügeoberflächen (Corg-Gehalte, OBS-Zusammensetzung, KAK) werden mittels Infrarotspektroskopie in diffuser Reflexion (DRIFT Mapping) flächenhaft quantifiziert. Die Vorhersage valider, absoluter Element-Gehalte bzw. Parameter-Werte durch DRIFT Mapping Spektren wird durch die Verwendung intakter Oberflächen bereits für die Kalibrierung der Spektren erreicht. (iii) Die flächenhaften Verteilung mikrobieller Besiedlung und Aktivitäten auf Gefügeoberflächen wird mit Hilfe zymographischer Verfahren und DRIFT Mapping charakterisiert und dient der Identifizierung von mikrobiellen Hot Spots, der Erklärung von räumlichen Unterschieden der OBS-Zusammensetzung und einer Bewertung der besonderen Bedeutung von Gefügeoberflächen für Stoffumsetzungsprozesse (insbes. für den OBS-Abbau) in Unterböden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen