Redoxeigenschaften gelöster und fester organischer Substanz als Steuerungsfaktoren der anaeroben Respiration in organischen Böden

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus-Holger Knorr
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346018319

Die anaerobe Mineralisierung organischer Substanz ist ein wichtiger Prozess in Feuchtgebieten, Mooren, Sedimenten und anderen wassergesättigten Systemen. Entsprechend der Thermodynamik steuert dabei die Verfügbarkeit alternativer Elektronenakzeptoren zur Oxidation organischer Substanz (OM) die Wettbewerbsfähigkeit der Methanogenese. Da üblicherweise berücksichtigte, anorganische Elektronenakzeptoren, wie Nitrat, Eisen oder Sulfat, nicht ausreichen die anaerobe Produktion von Kohlendioxid (CO2) zu erklären, zeigt sich eine hohe Bedeutung von gelöster (DOM) und fester organischer Substanz (SOM) als Elektronenakzeptoren. Die Redoxeigenschaften organischer Substanz waren hingegen noch immer Gegenstand nur weniger Studien und es fehlen Daten zu Elektronenakzeptor- (EAC) und Elektronendonator-Kapazitäten verschiedener OM und deren Abhängigkeit von typischen OM Eigenschaften. Solche Daten wären nötig um OM Redoxprozesse in Modellen der anaeroben Kohlenstoffmineralisierung abzubilden. Außerdem wären Kenntnisse zu Re-Oxidationskinetiken von OM hilfreich, die Redoxdynamik von OM bei natürlichen Redoxfluktuationen zu verstehen. Darüber hinaus zeigten vorläufige Studien, dass die Redoxeigenschaften von DOM und SOM wahrscheinlich nicht im Gleichgewicht liegen und daher beide Phasen untersucht werden müssen. Schließlich ist es auch noch nicht bekannt, ob der Redoxzustand von OM mit den thermodynamischen Bedingungen in einem System vorhergesagt werden können, unter Anwendung eines ähnlichen Ansatzes wie bei anorganischen Elektronenakzeptoren; hier kann die gelöste Konzentration an H2 als Indikator genutzt werden. Dieser Projektantrag zielt auf diese Forschungslücken und soll Erkenntnisse liefern aus i) Inkubationen verschiedener Torfe unter kontrollierten Bedingungen, ii) Inkubationen zur Berechnung von Elektronenbilanzen unter Einschluss von OM, iii) kontrollierten OM Re-Oxidationsexperimenten und iv) Inkubationen um den Redoxzustand von OM mit den beobachteten gelösten H2 Konzentrationen als Indikator für die thermodynamischen Bedingungen im System in Beziehung zu setzen. Aus diesem Projekt erwarte ich einen fundamentalen Beitrag zum Verständnis der anaeroben Kohlenstoffmineralisierung in organikreichen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen