Abbau und Humifizierung pyrogener Nekromasse in Böden nach einem Vegetationsbrand
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war es, den Abbau und die Humifizierung von verbrannten Vegetafionsrückständen zu untersuchen. Hierzu wurden '^C- und '^N-angereicherte pflanzliche Verbrennungsrückstände einem kontrollierten mikrobiellen Abbau unterzogen und mittels C und N-NMR-Spektroskopie und der isotopenspezifischen Massenspektrometrie charakterisiert. Die Daten wurden mit Untersuchungen von feuerbeeinflussten Böden aus dem mediterranen Raum (Spanien, Schweiz) und Brasilien verglichen. Voruntersuchungen bestätigten, dass bei korrekter Parameterwahl quantitative NMR Spektren von PyOM in Böden aufgenommen werden können. Die in gängigen Modellen beschriebene graphitähnliche Struktur von biogenen Holzkohlen wurde nicht bestätigt. Modelversuche führten zu einem neuen Konzept. Danach besteht PyOM aus einem Gemisch teil verbrannter Biomoleküle, deren Struktur durch die Feuerintensität und die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials bestimmt wird und in dem N-Heterozyklen eine wichtige Rolle spielen. Weiter zeigte sich, dass eine 6- stündige chemische Oxidation mit einer sauren K2Cr2O7-Lösung ausreicht um nicht paraffine und nicht-PyOM vollständig zu oxidieren. Nach Verrechnung mit einem Korrekturfaktor lässt sich Der PyOM-Gehalt der Probe mit dem Aromatengehalt des Oxidationsrückstandes bestimmen. Die Inkubationsexperimente ergaben, dass schon nach 6 Monaten mehr als 20% des PyOM an die Mineralphase absorbiert bzw. mikrobiell abgebaut wurden. Die NMR-Spektren bestätigten eine Zunahme der Carbonyl/Carboxyl-C. Zugabe eines unverbrannten Ko-substrates führte zu einer schnelleren Immobilisierung in die Mineralphase. Eine geringe Verlagerung von PyOM in tiefere Bodenbereiche wurde beobachtet. Ein solcher Prozess wurde auch in den natürlichen feuerbeeinflussten Böden festgestellt und ging dort mit einer Zunahme der Carboxylgruppen einher. Dieser Vorgang stellt sicherlich einen typischen Alterungsprozess von Holzkohlen dar. Auch hier ergaben sich deutliche Hinweise auf mikrobiellen Abbau von PyOM. Dieser Abbau, die Verlagerung durch Sickerwasser und Erosion sowie der Eintrag frischer unverbrannte Streu sind sicherlich dafür verantwortlich, dass mit zunehmender Zeit nach dem Feuerereignis, die typische Signatur für PyOM im Oberboden immer stärker maskiert wird. In den untersuchten Unterböden war ein erhöhter Aromatengehalt trotzdem noch erkennbar. Dies zeigt, dass zur Bewertung der Rolle von PyOM im C-Kreislauf, die Quantifizierung und Untersuchung seines Anteils sich nicht nur auf Oberböden beschränken sollte. Die bestimmten Abbauraten des PyOM aus den verbrannten Pflanzenrückständen waren mit denen für feuerunbeeinflusstes humifiziertes organisches Bodenmaterial vergleichbar. Dies weist darauf hin, dass das Sequestrierungspotential von frischem PyOM in Böden geringer sein dürfte als allgemein angenommen wird.
