Wechselwirkungen zwischen organischer Substanz und Eisensulfaten / Eisensulfiden während der Sanierung sulfatsaurer Böden

• Antragstellerin: Dr. Angelika Kölbl
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274961325

Sulfatsaure Böden enthalten Eisensulfide und kommen global verbreitet in Küstenregionen und Binnenländern vor, insbesondere in Südaustralien. Wenn sulfatsaure Böden austrocknen, führt Pyritoxidation zu starker Versauerung (pH <4). Wiedervernässung sulfatsaurer Böden kann eine Neubildung von Pyrit und damit eine pH-Erhöhung nach sich ziehen, sofern die Aktivität sulfatreduzierender Bakterien durch verfügbaren organischen Kohlenstoff (OC) sichergestellt ist. Eine geringe Verfügbarkeit und Abbaubarkeit des OC kann die Aktivität sulfatreduzierender Mikroorganismen limitieren. In der ersten Projektphase wurde die Menge und Zusammensetzung des OC in verschiedenen sulfatsauren Böden untersucht, wobei der Anteil des leicht verfügbaren, nicht-mineralassoziierten OC im Vordergrund stand. Hohe Zugaben von unzersetztem Pflanzenmaterial (in einer Menge von 50% des bodenbürtigen OC) mit hohen Polysaccharidanteil führten zu einem schnellen Sanierungserfolg. Dies galt für einen tonreichen und einen sandigen sulfatsauren Boden, sofern der pH-Wert auf ca. 5.0 voreingestellt wurde. Der Sanierungserfolg umfasste auch die Entfernung von Fe und S aus der Bodenlösung, was auf die Bildung von Fe-Sulfiden hindeutet. Ein Teil des zugeführten OC wurde an Minerale gebunden und war vermutlich nicht mehr mikrobiell verfügbar. Es ist jedoch unklar, welche Minerale an der Neubildung organo-mineralischer Komplexe unter stark reduzierenden Bedingungen beteiligt sind. Ziel des Verlängerungsantrags ist es, Wechselwirkungen zwischen verschiedenen OC-Quellen (Pflanzenreste, Laktat) und Bodenmineralen während der Sanierung sulfatsaurer Böden zu identifizieren. Die geplanten Analysen basieren auf anoxischen Inkubationsexperimenten. Besonderes Augenmerk soll auf die Transformation von Fe-Sulfaten (Jarosit, Schwertmannit) zu Fe-Sulfiden (Pyrit) gelegt werden, sowie auf die Bildung organo-mineralischer Assoziationen unter anoxischen Bedingungen. Es soll untersucht werden, in welchem Umfang Fe-OC-Assoziationen gebildet werden, und ob andere organo-mineralische Assoziationen (Al-OC, Tonmineral-OC) für die OC-Bindung in sulfatsauren Böden verantwortlich sind. Hierzu sollen neben natürlichen auch künstliche sulfatsaure Böden inkubiert werden, in denen gut definierte synthetisierte und gekaufte Minerale zum Einsatz kommen. Die Inkubationsansätze werden mit 13C-angereichertem organischen Material versorgt. Veränderungen der Mineralzusammensetzung sowie der Menge und Zusammensetzung des zugeführten OC werden in mehreren Zeitschritten und während wiederholter oxisch-anoxisch-Phasen beobachtet. Durch Kombination verschiedener Analysetechniken können Veränderungen der einzelnen Minerale (XRD, Mössbauer) sowie Änderungen der Menge und Qualität des zugeführten OC (13C-Anreicherung, 13C NMR) zeitlich aufgelöst verfolgt werden. Hierdurch kann die Art der unter reduzierenden Bedingungen gebildeten organo-mineralischen Assoziationen identifiziert und die Rolle der organischen Stoffe bewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen