Entschlüsselung der mineralogischen Zusammmensetzung und ihres Einflusses auf Umsatz und Stabilität organischer Substanz tropischer Vertisole als Grundlage nachhaltiger Bodenbewirtschaftung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professor Dr. Robert Mikutta; Dr. Laura Sophie Schnee
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565570285

Tropische Vertisole werden landwirtschaftlich intensiv genutzt und besitzen für viele Länder Afrikas eine große wirtschaftliche Bedeutung. Trotz hoher Gehalte an quellfähigen 2:1 Tonmineralen (Smektite) und pedogenen Eisenoxiden mit jeweils hohen Sorptionskapazitäten für organische Verbindungen sind tropische Vertisole meist arm an organischem Kohlenstoff und degradieren rasch. Die Ursachen dieses Phänomens sowie mögliche nachhaltige Managementstrategien sind aufgrund teilweise widersprüchlicher Befunde weitgehend unklar. In einer explorativen Feldstudie im Norden Kameruns konnten wir zeigen, dass tropische Vertisole hinsichtlich des Gehaltes an silikatischen Tonmineralen sowie Eisenoxiden stark variieren. Als entscheidende Faktoren für die mineralogische Variabilität wurde die Zusammensetzung des Ausgangsgesteins sowie die Dauer und Intensität der jährlichen Überflutung während der Regenzeit identifiziert. Im vorliegenden Projekt planen wir die systematische Aufklärung dieser Einflüsse auf Menge, Zusammensetzung und Stabilität mineralassoziierter organischer Substanz (MAOM) in tropischen Vertisolen. Dazu werden Vertisole in vier geogen unterschiedlichen Regionen Nordkameruns beprobt und deren physikochemische und mineralogische Eigenschaften charakterisiert. Neben nasschemischen Extraktionen, quantitativer Tonmineralanalytik, Oberflächen- und Porositätsanalysen und Elektronenmikroskopie erlaubt die Anwendung von 57Fe-Mössbauer-Spektroskopie und Röntgenabsorptionsspektroskopie die quantitative Charakterisierung der enthaltenen Eisenspezies. Gehalt und Zusammensetzung der MAOM werden über Dichtefraktionierung, Biomarkeranalysen sowie 13C-Kernspinresonanz- und Photoelektronenspektroskopie ermittelt. Die Sorptionseigenschaften der untersuchten Vertisole für gelöste organische Substanz wird in Ad- und Desorptionsexperimenten unter Verwendung hochauflösender Massenspektrometrie zur Aufklärung sorptiver Fraktionierungseffekte bestimmt. Zur Ermittlung der Stabilität der MAOM gegenüber mikrobiellem Abbau sowie des Potentials zur MAOM-Neubildung und Aufklärung von Mineraltransformationsprozessen werden Inkubationsversuche mit verschiedenen Mengen an 13C-markiertem Hirsestroh und mineralischem N-Dünger unter oxischen und anoxischen Bedingungen durchgeführt. Mittels multivariater statistischer Verfahren werden Zusammenhänge zwischen mineralogischen Eigenschaften und Gehalt, Zusammensetzung und Stabilität der MAOM sowie ihrer möglichen Neubildung etabliert. Unser Projekt stellt einen bislang einmaligen Ansatz zur Erforschung der Kopplung zwischen Mineralogie und Kohlenstoffdynamik in unterschiedlich redoxaktiven tropischen Vertisolen dar. Es liefert damit einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung standortangepasster Bodenmanagementstrategien für tropische Vertisole in global benachteiligten Gebieten Afrikas mit starkem Bevölkerungswachstum.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kamerun
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christian Mikutta
• ausländische Mitantragsteller: Dieudonné Djackba Danra, Ph.D.; Professor Dr. Mazi Sanda