Die Zusammensetzung der gelösten organischen Substanz als wichtige Steuergröße der Nährstoffkreisläufe in Bächen bewaldeter Einzugsgebiete

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Kalbitz
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452252890

Die gelöste organische Substanz (DOM) ist ein wichtiger Bestandteil der Kohlenstoff (C)- und Nährstoffkreisläufe in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen. Umweltveränderungen, wie die Verringerung atmosphärischer Einträge und die Zunahme hydrologischer Extremereignisse, beeinflussen die DOM-Dynamik mit bisher unbekannten Auswirkungen auf ökologische Funktionen der DOM wie die Steuerung der C- und Nährstoffkreisläufe. Die hydrologischen Bedingungen bestimmen, welche Quellen (organische Oberboden- oder mineralische Unterbodenhorizonte) für den DOM-Eintrag in Bäche verantwortlich sind und damit Menge und Zusammensetzung der DOM steuern. Bisher wurde nicht untersucht, wie sich Änderungen in der DOM-Zusammensetzung als Folge einer veränderten DOM-Quelle auf Nährstoffkreisläufe im Bach auswirken. Daher ist das Hauptziel dieses Projekts, die Wechselwirkungen an der Schnittstelle terrestrischer und aquatischer Ökosysteme zu untersuchen, die Menge, Zusammensetzung und Funktionalität der DOM steuern. Unsere übergeordnete Hypothese besagt, die DOM-Zusammensetzung bestimmt, ob DOM als C-, N- oder P-Quelle für Mikroorganismen in Bächen bewaldeter Einzugsgebiete dient. Die ausgewählten Einzugsgebiete unterscheiden sich hinsichtlich Gestein und Boden und bieten damit einen geeigneten Gradienten in den Nährstoffkonzentrationen. Die DOM-Zusammensetzung wird entlang des gesamten Boden-Wasser-Kontinuums (d.h. vom Bodenwasser bis zum Bachlauf; Verknüpfung der Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz mit der von DOM) bei unterschiedlichen hydrologischen Situationen analysiert. Unterschiede in der DOM-Zusammensetzung werden verwendet, um die wichtigsten DOM-Quellen im Einzugsgebiet in Abhängigkeit von den Fließbedingungen zu bestimmen. Die Erfassung der DOM-Zusammensetzung wird mit Freilandexperimenten verknüpft. So wird mit einer Nährstoffzugabe in Bächen ermittelt, ob DOM primär als C-, N- oder P-Quelle für Mikroorganismen dient. Der starke Freilandbezug wird durch Inkubationsversuche im Labor ergänzt, um den Zusammenhang zwischen organischer Bodensubstanz und DOM zu untersuchen und den steuernden Einfluss der DOM-Zusammensetzung auf Nährstoffkreisläufe entlang des terrestrisch-aquatischen Kontinuums besser zu verstehen. Die Charakterisierung der Zusammensetzung der organischen Substanz erfolgt mit Methoden unterschiedlicher Komplexität (Fluoreszenzspektroskopie – EEMs, IR Spektroskopie, Pyrolyse-GC-MS, 31P-NMR Spektroskopie). Garant für den Erfolg des Projekts ist die Kombination der Expertisen beider Projektpartner, die langjährige Erfahrung in den sehr gut charakterisierten und instrumentierten Einzugsgebieten des tschechischen Partners und die moderne Laborausstattung des deutschen Partners. Das Projekt leistet einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis der Rolle der DOM-Zusammensetzung für die Funktionalität von Ökosystemen bei den sich derzeit vollziehenden drastischen Umweltveränderungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jakub Hruska