Genese von Andosolen: Der Übergang von silandischen zu aluandischen Eigenschaften und die damit einhergehende Veränderung des organischen Kohlenstoffvorrates.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Andosole werden üblicherweise nach silandischen und aluandischen Merkmalen unterteilt. Silandische Andosole sind durch organische Substanz (OM) gekennzeichnet, die an schwach geordneten Aluminiumsilikaten (SROAS) gebunden ist, während aluandische Andosole überwiegend aus Aluminium–OM-Komplexen (Al–OM-Komplexe) bestehen. Bislang wurden silandische und aluandische Eigenschaften als Ergebnis zweier getrennter Entstehungslinien gesehen. Neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich silandische Horizonte mit der Zeit in aluandische umwandeln können. Gelöste organische Stoffe (DOM) könnte mit der perkolierenden Bodenlösung in den Unterboden gelangen und die Auflösung von SROAS-Phasen durch Komplexierung von Al fördern. Zunehmende Beladung von DOM mit Aluminium könnte im Anschluss zur Bildung unlöslicher Al–OM Präzipitate führen. Um diese Hypothese zu testen, führten wir ein Langzeit-Perkolationsexperiment im Labormaßstab mit einem ecuadorianischen Andosol durch, welcher aus einer homogenen Tephralage entstand und aluandische Eigenschaften im Ober- und silandische Eigenschaften im Unterboden aufweist. Um Veränderungen während des Prozesses zu verfolgen, wurden pH-Werte und gelöste Inhaltsstoffe in den Zulauf- und Eluatlösung über einen Zeitraum von 18 Monaten gemessen. Um die Menge sorbierten gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) abzuschätzen, modellierten wir das Perkolationsexperiment mit HYDRUS-1D. Um Veränderungen der Festphasenzusammensetzung zu bestimmen, analysierten wir das Säulenmaterial im Ganzen und in verschiedene Dichtefraktionen nach 0, 6 und 18 Monaten auf ihre Konzentrationen an organischem Kohlenstoff (OC) und ammonium-oxalat-extrahierbarem Al, Si und Fe sowie mittels Röntgendiffraktometrie und Röntgenabsorptions-spektroskopie. Zusätzlich wurde 10 Tage lang die Bodenlösung im Feld in Ecuador beprobt sowie Experimente zur DOM-Sorption und Al–DOM-Fällung durchgeführt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Si im Vergleich zu Al aus allen Horizonten bevorzugt ausgewaschen wird, während Al und OC im silandischen Material zurückgehalten wird. Nach 18 Monaten war eine deutliche OC-Akkumulation von 14 mg∙g-1 im silandischen Material festzustellen, wobei vertikaler Transport gelöster Al-OM-Komplexe aus dem darüberliegenden Oberboden maximal 33% der Akkumulation erklärt. Die Modellierung zeigte, dass DOM-Sorption nur zu Beginn des Experiments dominiert und bis zu 40% der OC-Akkumulation erklärt. Umgekehrt zeigen die Ergebnisse, dass bis zu 70% der OC-Akkumulation auf Auflösung von SROAS und anschließende Neubildung unlöslicher Al–OM-Komplexen zurückzuführen ist. Wir konnten auch zeigen, dass sich das molare OC:Al-Verhältnis von Al–OM-Komplexe bei Kontakt mit frischer DOM-Lösung erhöht. Dichtefraktionierung zeigte, dass mit zunehmender Perkolationszeit der Anteil der Fraktion 1,6–2,0 g∙cm-³, welche die dominierende Fraktion im aluandischen Material darstellt, bis >90 Gew.-% anstieg. Insgesamt liefert unsere Studie erste überzeugende experimentelle Befunde für einen pedogenetischen Übergang von silandischen zu aluandischen Andosolen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Genese von Andosolen: Übergang von silandischen zu aluandischen Eigenschaften - Konzept und erste Ergebnisse ; receiving a poster award
Martin Kaupenjohann & Klaus Kaiser
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Oral presentation DBG-Tagung Halle 2023, Title: Ein Langzeit-Perkolationsversuch zur Genese von Andosolen: Übergang von silandischen zu aluandischen Eigenschaften und Bedeutung für die Kohlenstoffspeicherung
Martin Kaupenjohann & Klaus Kaiser
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Poster presentation EGU assembly Vienna 2024: Title: Andosol genesis: Transition from silandic to aluandic properties and the related changes for organic carbon storage
Martin Kaupenjohann & Klaus Kaise
