TropSOC - Tropische Bodenkohlenstoffdynamik im Bezug zur Variabilität von Bodengeochemie und Landnutzung entlang erosiver Störungsgradienten
Physische Geographie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die afrikanischen Tropen sind Hotspots des modernen Landnutzungswandels und gleichzeitig von großer Relevanz für den Kohlenstoff(C)- und Nährstoffkreislauf zwischen Pflanzen, Böden und der Atmosphäre. Insbesondere der afrikanische Kontinent steht vor großen ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen mit einem prognostizierten Bevölkerungswachstum von 400% bis zum Ende dieses Jahrhunderts. Infolgedessen sind bewaldete Landschaften im tropischen Afrika derzeit einem beispiellosen Landnutzungswandel ausgesetzt. Infolgedessen haben sich Entwaldung und Bodendegradation seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts massiv beschleunigt mit grossen Verlusten an Bodenmaterial und Bodenfruchtbarkeit als Konsequenz. Die Reaktion von Böden auf Störungen durch Erosion ist auch eine der großen Unsicherheiten bei der Vorhersage von Treibhausgasflüssen von Böden in die Atmosphäre und damit der zukünftigen Dynamik des Erdsystems. Dies ist vor allem auf fehlende Daten in abgelegenen Gebieten zurückzuführen, aber auch auf einen unzureichenden Wissenstransfer von kleineren zu größeren Maßstäben. Der Schwerpunkt des Projekts TropSOC lag daher darin, zu beleuchten, wie die dramatischen Veränderungen der Landnutzung und der Bodeneigenschaften zukünftige biogeochemische Kreisläufe in Böden über Landformen, Geologien und Bodentypen im tropischen Afrika hinweg prägen werden. Die ersten Ergebnisse von TropSOC zeigen, dass das Ausgangsmaterial der Bodenbildung selbst in tief verwitterten tropischen Böden eine lang anhaltende Wirkung auf die Bodenchemie hat, und die mikrobielle Aktivität, die Größe der Kohlenstoffspeicherung und den C-Umsatz im Boden beeinflussen und kontrollieren kann. Das Ausgangsmaterial des Bodens und die daraus resultierende biogeochemischen Bedingungen müssen daher berücksichtigt werden, um C-Stabilisierung und C-Umsatz in tropischen Waldböden zu verstehen und vorherzusagen. Angesichts der untersuchten Erosionsraten auf Ackerland bestätigen unsere Ergebnisse darüber große Verluste an Boden und organischer Substanz, die zu einem starken Rückgang der Bodenfruchtbarkeit mit daraus resultierender geringer Tragfähigkeit tropischer Böden innerhalb weniger Jahre führt. Unsere Studien zeigen dass sich Nährstoffverluste auf natürliche Weise über Jahrzehnte nicht erholen. TropSOC hebt hervor, dass die Berücksichtigung von Rückkopplungen zwischen Geochemie und Topographie zum Verständnis der Entwicklung der Bodenfruchtbarkeit in den Regionen der afrikanischen Großen Seen von großer Bedeutung ist. Unsere Erkenntnisse über die Rolle tropischer Böden sind für das Erreichen mehrerer wichtiger nachhaltiger Entwicklungsziele wie Klimaschutz und Hungerlosigkeit erheblich und können helfen das Bewusstsein für die Notwendigkeit zu schärfen, begrenzt verfügbare afrikanische Bodenressourcen für zukünftige Generationen zu erhalten. TROPSOC hat wesentlich dazu beigetragen, unser Verständnis der Faktoren zu verbessern, die zur räumlichen Verteilung und zum Verbleib von C in tropischen Bodensystemen führen. Während sich TROPSOC auf die Untersuchung von Unterschieden in biogeochemischen Kreisläufen zwischen stabilen und erodierenden Landformen konzentriert, lieferten Proben von Talböden wertvolle Informationen über die C-Speicherung in Ablagerungslandformen tropischer (Agro-)Ökosysteme. Diese Informationen sind unerlässlich, um zu bestimmen, ob erodierende tropische Landschaften als Senke oder Quelle von C wirken. TROPSOC produzierte ebenfalls Datenprodukte, die jetzt helfen, die Lücke zwischen Prozessverständnis und großmaßstäblichen Modellierung des tropischen C-Zyklus zu schließen. Letztendlich wird dies die Unsicherheit im Zusammenhang mit terrestrischen C-Flüssen und der Reaktion von Böden auf Störungen reduzieren, die zu den größten Unsicherheiten in aktuellen globalen Bewertungen zählen. TropSOC Daten sind damit auch die Grundlage für Folgearbeiten, die darauf abzielen zu bestimmen, ob erodierende tropische Landschaften in einer sich verändernden Welt als Senke oder Quelle von C fungieren werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2020. Environmental research in the heart of Africa: The Congo Biogeochemistry Observatory: The role of the changing Tropics for future global carbon dynamics. Editorial, Open Access Government. Vol. 25: 328-329
Doetterl S., Drake T., Bauters M., Van Oost K., Barthel M., Hoyt A.
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2021. Assessing soil erosion of forest and cropland sites in wet tropical Africa using 239+240Pu fallout radionuclides. Soil 7:399-414
Wilken F., Fiener P., Ketterer M., Meusburger K., Muhindo D.I., Van Oost K., Doetterl S.
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2021. Filling a key gap: a soil infrared library for central Africa. SOIL Discussion (pre-print)
Summerauer L., Baumann P., Ramirez-Lopez L., Barthel M., Bauters M., Bukombe B., Reichenbach M., Boeckx P., Kearsley E., Van Oost K., Vanlauwe B., Chiragaga D., Heri-Kazi A.B., Moonen P., Sila A., Shepherd K., Bazirake Mujinya B., Van Ranst E., Baert G., Doetterl S., Six J.
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2021. Organic matter cycling along geochemical, geomorphic and disturbance gradients in forests and cropland of the African Tropics - Project TropSOC DATABASE_v1.0. Earth System Science Data 13, 4133–4153
Doetterl, S., Asifiwe, R.K., Baert, G., Bamba, F., Bauters, M., Bukombe, B., Cadisch, G, Cizungu, L., Cooper, M., Hoyt, A., Kabaske, C., Kalbitz, K., Kidinda, K.L., Maier, A., Mainka, M., Mayrock, J., Muhindo, D., Mujinya, B., Mukotanyi, S.M., Nabahungu, L., Reichenbach, M., Rewald, B., Six, J., Stegmann, A., Summerauer, L., Unseld, R., van Oost, K., Verheyen, K., Vogel, C., Wilken, F., Fiener, P.
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2021. Sorption and desorption of organic matter in soils as affected by phosphate. Geoderma 405: 115377
Spohn M., Diáková K., Aburto F., Doetterl S., Borovec J.
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2021. Spatial and temporal patterns of rainfall erosivity in the Lake Kivu region: insights from a meteorological observatory network. Progress in Physical Geography 1-19
Bagalwa R.M., Chartin C., Baumgartner S., Mercier S., Syauswa M., Samba V.C., Zabona M.T.,Karume, Cizungu N.L., Barthel, M., Doetterl S., Six, J., Boeckx, P., Van Oost, K.
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2021. The role of geochemistry in organic carbon stabilization in tropical rainforest soils. Soil 7: 453-475
Reichenbach M., Fiener P., Garland G., Griepentrog M., Six J., Doetterl S.
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Heterotrophic soil respiration and carbon cycling in geochemically distinct African tropical forest soils. SOIL 7, 639-659
Bukombe B., Fiener P., Hoyt A., Doetterl S.
