Wüstenpflaster: Wechselwirkungen mit pedogenen und mikrobiellen Prozessen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Daniela Sauer; Professor Dr. Dirk Wagner
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573188573

Wüstenpflaster bedecken etwa 50 % der Landoberfläche arider Gebiete und steuern zentrale Landschaftsprozesse wie Oberflächenabfluss und Bodenbildung. Die Steinauflage bietet Habitate für mikrobielle Gemeinschaften, während die Staubakkumulation darunter eine Kausalkette hydrologischer, pedogener und mikrobieller Prozesse antreibt - mit fundamentalen Auswirkungen auf die Ökosysteme. Über die zugrunde liegenden Mechanismen und Rückkopplungen ist jedoch nur wenig bekannt. Aus der Literatur und eigenen Vorarbeiten leiten wir hierzu folgende Hypothesen ab: (i) Wüstenpflaster sind effektive Staubfallen. In der aufwachsenden äolischen Schicht bildet sich ein Vesikular-Horizont aus, der die Infiltrationsrate verringert und somit den Oberflächenabfluss erhöht, was zu verstärkter Umverteilung des Wassers in der Landschaft in Richtung der Senken führt. (ii) In den feuchteren Senken werden Pedogenese und mikrobielle Aktivität gefördert, wobei die verstärkte mikrobielle Aktivität durch die Bildung extrazellulärer polymerer Substanzen die Aggregatbildung der Böden weiter verstärkt. (iii) Der Schutz vor UV-Licht und Hitze führt unter dichten Wüstenpflastern zu größerer mikrobieller Abundanz als unter lockererer Steinbedeckung mit größeren Abständen zwischen den Steinen, wo die Sonneneinstrahlung unmittelbar auf den Boden trifft. Die aufgrund der lateralen Wasserumverteilung in der Landschaft größere räumliche Variabilität der Bodenfeuchte fördert zusätzlich die mikrobielle Diversität. (iv) Das Zusammenspiel von Pedogenese und mikrobieller Aktivität unter Wüstenpflastern führt zu erhöhter Aggregatstabilität, was wiederum zur Stabilisierung der Wüstenpflaster beiträgt. Diese Hypothesen werden durch die systematische Analyse von Bodenprofilen unter Wüstenpflastern mit DICHTER und LOCKERER Steinbedeckung in KONVEXEN und KONKAVEN Positionen getestet, wobei Bodenfeuchte und -temperatur über zwei Jahre kontinuierlich aufgezeichnet werden. Durch bodenchemische und -physikalische Analysen in Kombination mit mikromorphologischen Analysen charakterisieren und quantifizieren wir die Pedogenese in diesen systematisch gewählten Landschaftspositionen. In den selben Bodenprofilen werden moderne molekularbiologische Analysen der Abundanz und Diversität mikrobieller Gemeinschaften auf DNA-Basis durchgeführt und die funktionelle Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft auf RNA-Basis erfolgt. Diese Analysen werden durch zwei Bodenmanipulationsexperimente im Labor ergänzt, wobei in einem ersten Schritt die Aggregatbildung mit/ohne Mikroorganismen verglichen wird und in einem zweiten Schritt die mit/ohne Mikroorganismen gebildeten Aggregate auf ihre stabilisierende Wirkung des Bodens gegenüber Erosion getestet werden. Durch diese Kombination aus pedologisch/bodenhydrologischen und mikrobiologischen Analysen, ergänzt durch Laborexperimente, wird dieses Projekt das Verständnis der durch Wüstenpflaster gesteuerten Kausalketten und Rückkopplungen auf eine völlig neue Ebene bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen