ISOFLUXES: Direkte Eddy Kovarianz Messungen der stabilen Isotope in CO2 und H2O Flüssen zwischen Wald und Atmosphäre

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Knohl
• Fachliche Zuordnung: Forstwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244483764

Die stabilen Isotope 13C und 18O liefern Informationen, um Kohlenstoff- und Wasserflüsse auf lokaler und globaler Skala zu quantifizieren und um biogeochemische Modelle zu validieren. Sie helfen außerdem, Quellen und Senken von CO2 und H2O zu bestimmen und physiologische Prozesse zu verstehen. Die Interpretation von stabilen Isotopen in Kohlenstoff- und Wasserflüssen zwischen terrestrischen Ökosystemen und der Atmosphäre ist jedoch limitiert durch die fehlende Verfügbarkeit von ausreichend langen und kontinuierlichen Messzeitreihen. Aufgrund der großen technischen Herausforderungen wurden bisher noch keine gleichzeitigen Messungen von 13C und 18O in CO2 und H2O Flüssen über einen jährlichen Zeitraum durchgeführt. Mit diesem Projekt wollen wir diese Wissenslücke schließen und die Variabilität der Isotopologue-Flüsse in CO2 und H2O mit Hilfe der Eddy Kovarianz Technik und Laser Spektrometern über 2 Jahre quantifizieren. Dafür verwenden wir einen continuous wave quantum cascade Laser-Spektrometer für CO2 Isotopologue und einen off-axis integrated cavity output Laser-Spektrometer für H2O Isotopologue für hochfrequente online-Messungen (bis zu 10 Hz). Die Messungen werden an unserem Klimaturm über einem bewirtschafteten 30 m hohen Buchenwald in Zentral-Deutschland durchgeführt. Mit Hilfe von begleitenden meteorologischen Messungen werden wir den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Variabilität der Isotopologue-Flüsse identifizieren. Wir werden die Wasser-Isotopologue Flüsse verwenden um die Blattwasser-Isotopenanreicherung auf Ökosystemebene abzuleiten. Diese Berechnung wird mit direkten Blattwasserproben validiert. Dafür werden Wasserproben aus Blättern, Xylem, Boden und Niederschlag in drei mehrtägigen intensiven Meßkampagnen und in einer saisonalen zwei-wöchentlichen Probenahme analysiert. Das Péclet-modifizierte Craig-Gordon Blattwasser-Anreicherungsmodel wird verwendet, um die Blattwasseranreicherung zu berechnen und mit den Eddy Kovarianz Messungen der Wasser-Isotopologue abzugleichen. Zusätzlich sollen die Daten genutzt werden, um ein biophysikalisches Mehrschichtenmodel für Wasserisotope weiterzuentwickeln und zu validieren. Abschließend wollen wir den Austausch von 18O in CO2 und H2O charakterisieren und somit zum besseren Verständnis der Rolle des Enzyms Carboanhydrase (CA) auf Ökosystemebene beitragen. CA ist ein wichtiges Enzym für die Photosynthese und beschleunigt den Austausch von 18O zwischen CO2 und H2O. Unsere gleichzeitige Messung von 18O in CO2 und H2O Flüssen auf Ökosystemebene gibt uns die einmalige Gelegenheit auf indirekte Weise die Aktivität von CA integriert über ein ganzes Ökosystem über ein ganzes Jahr abzuschätzen. Zusammenfassend wird uns dieses Projekt einen weltweit einzigartigen Datensatz liefern, der maßgeblich zum Prozessverständnis von stabilen Isotopen in Ökosystemen beitragen wird und eine einzigartige Referenz zum Entwickeln und Testen von biogeochemischen Modellen darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen