Sind Interaktionen zwischen labilen Substraten und Pflanzenkohlen der Schlüsselprozess zur Erklärung der C-Stabilisierung durch Pflanzenkohlen? Ein konzeptioneller Nachweis durch Isotopenansätze.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Michaela Dippold; Professor Dr. Bernard Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443492312

Refraktäre und labile Substanzen besitzen wichtige Rollen in der Dynamik der organischen Bodensubstanz und haben sehr verschiedene ökologische Funktionen. Es sind jedoch nur wenige Informationen bezüglich der Interaktionen zwischen labilen Substraten und Pflanzenkohle verfügbar. Dieses Informationsdefizit erschwert Prognosen über Bodenprozesse und kritische Beurteilungen von Pflanzenkohlegaben zur Verbesserung der Bodenqualität.Dieser Antrag strebt eine Identifikation der Transformationspfade für Substrate ansteigender Komplexität in der Folge niedermolekulare organische Substanzen, Mucilage, Feinwurzeln und Grobwurzeln in Kontakt mit Pflanzenkohle in Inkubationen an. Ein mechanistisches Verständnis der resultierenden biologischen, biophysikalischen und biochemischen Reaktionen wird durch den Einsatz dualer Isotopenmarkierung für Pflanzenkohle (C-13) und Substrate (C-14) und der Nachverfolgung der Umsätze durch Verwendung biologischer Analysen und Bodenfraktionierungen in Dichte- und Aggregatfraktionen erreicht. Die faktoriellen experimentellen Designs in Kombination mit den bodenbiologischen, biophysikalischen und biochemischen Analysen werden es ermöglichen, die Effekte der Substrate, der Substratapplikationsrate, der Pflanzenkohlealterung und der Bodenfeuchte auf die Interaktionen und Reaktionspfade aufzuklären.Infrarotspektroskopische Analysen im Nah- und Mittelinfrarot in verschiedenen Messmodi werden eingesetzt, um die Substrate, reine (frisch produzierte) Pflanzenkohle, leichte Fraktionen der Mischungen von Böden und Pflanzenkohle während der Alterung und Mischungen aus Böden, Mucilage und frischer bzw. gealterter Pflanzenkohle mittels Zuordnungen von Banden zu charakterisieren. Zudem werden verbesserte quantitative Bestimmungen unter Verwendung der Vollspektren mit einem Fokus auf reine, oberflächlich belegte und gealterte Substanzen durch Optimierungen chemometrischer Ansätze erreicht.Die Ergebnisse der Ansätze mit dualer Isotopenmarkierung in Kombination mit den spektroskopischen Ansätzen werden zu einem mechanistischen Verständnis der Schlüsselprozesse führen, die die C-Stabilisierung durch Pflanzenkohlen erklären. Dieses Projekt liefert die Werkzeuge, um die Auswirkungen von reinen und gealterten Pflanzenkohlen auf die Bodenprozesse zu differenzieren und wird eine verbesserte Quantifizierung und Bewertung der Verwendung von Pflanzenkohlen in der Landwirtschaft ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen