DeMoLD: Nexus von Totholzfeuchte, Ligninabbau und Stofftransport in sich verändernden Waldökosystemen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Kathrin Blumenstein; Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professorin Natalie Orlowski; Dr. Kenton Stutz
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569059989

Totholz ist essenziell für Waldökosysteme, bietet Lebensraum für zahlreiche Arten und beeinflusst Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe. Seine Feuchte ist entscheidend für die Wasserspeicherung. Längere Trockenperioden und eine veränderte Landnutzung könnten diese verringern und damit die Funktionen von Totholz gefährden. Die genauen Einflussfaktoren auf die Totholzfeuchte, insbesondere durch den Ligninabbau, sind jedoch unbekannt. Durch Ligninoxidation entstehen Wasser und Mikroporen und so erhöht sich die Wasserspeicherung von Totholz. Damit verbundene Wasserflüsse in und aus dem Totholz können den Ligninabbau auch durch eine Anreicherung von Metallkationen verstärken. Zudem können ligninbürtige Verbindungen über das Sickerwasser den Gehalt an organischer Bodensubstanz (OBS) erhöhen. Unsere Hypothesen zielen darauf ab, zu prüfen, inwieweit Pilze die Totholzfeuchte durch Ligninabbau und den damit verbundenen Stofftransport zwischen Totholz und Boden in Abhängigkeit von der Wasserverfügbarkeit bei sich änderndem Klima und Landnutzungsintensität regulieren. (HI): Totholzwasser stammt in abnehmender Bedeutung aus dem Boden (kapillarer Aufstieg), dem Niederschlag und der enzymatischen Oxidation der Lignozellulose. (HII): Bei Austrocknung oxidieren pilzliche Enzyme vermehrt Lignin, wodurch mehr Mikroporen entstehen. (HIII): Ligninbürtige Verbindungen gelangen in den Boden, wenn Totholz feuchter ist als der Boden, Metallkationen ins Totholz, wenn der Boden feuchter ist als das Totholz. (HIV): Höhere Temperaturen, weniger Niederschlag und saure Kationen fördern den Ligninabbau und erhöhen den Totholzbeitrag zur OBS. (HV): Die wasserlösliche organische Substanz kann als Indikator für den Ligninabbau und den potenziellen Beitrag von Totholz zur OBS dienen. Wir testen diese Hypothesen mit einem Laborexperiment, dem BEClimWood- und dem 16 Jahre alten BELongDead-Experiment. Dabei kombinieren wir Messungen von stabilen Wasserisotopen und CO2-Flüssen mit Holzstrukturanalysen und der Charakterisierung des Ligninabbaus mit modernen mikroskopischen und spektroskopischen Techniken. Im Laborexperiment mit markiertem Niederschlag werden mithilfe eines Isotopenmischungsmodells die Wasserquellen im Totholz quantifiziert. BEClimWood untersucht, wie sich ein unterschiedlicher Bodenkontakt und eine Niederschlagsmanipulation auf die Wasserverfügbarkeit im Totholz, auf die Enzymaktivitäten, die Ligninoxidation, die Porengröße und Wasserretention sowie die Anreicherung von Metallkationen auswirken. Mit dem BELongDead-Experiment bestimmen wir den Beitrag von abgebautem Lignin aus stark zersetztem Totholz zur OBS. In der Synthese integrieren wir die Ergebnisse aus den drei Experimenten, um wesentliche Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Klimaschwankungen, Totholzfeuchte, Ligninabbau und Stofftransport in und aus dem Boden in sich verändernden Waldökosystemen zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1374: Biodiversitäts-Exploratorien
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Friederike Lang