Detailseite
Projekt
Herkunft und Verbleib gelöster organischer Substanz im Unterboden gesteuert durch dynamische Austausch- und Remobilisierungsprozesse
Antragsteller
Professor Dr. Georg Guggenberger; Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professor Dr. Robert Mikutta
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2013 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207213200
Die bisherigen Ergebnisse aus dem Unterbodenobservatorium und von sequentiellen Säulenexperimenten legen eine Kaskade von Sorptions-/Desorptionsprozessen der gelösten organischen Bodensubstanz (DOM) an Mineralen während des Transports in den Unterboden nahe. Die Daten zeigen auch eine geringe Sorptionskapazität des Unterbodens, wahrscheinlich aufgrund einer hohen C-Belegung reaktiver Minerale im Sandboden. Wir nehmen an, dass die Höhe der C-Belegung neben der Zusammensetzung der organischen Substanz (OS) auf den Mineralen die mikrobielle Aktivität und damit Remobilisierungsprozesse beeinflusst. Daher wollen wir in der zweiten Phase die komplexen Wechselwirkungen kontinuierlicher Sorptionsprozesse mit mikrobiellen Prozessen und einer folgenden Remobilisierung in Abhängigkeit der Quelle und Zusammensetzung der OS und der Oberflächeneigenschaften der Mineralphase untersuchen. Wir verfolgen dabei folgende Hypothesen: (i) die DOM-Zusammensetzung beeinflusst Austausch- und Remobilisierungsprozesse stärker im Oberboden als im tiefen Unterboden aufgrund zunehmender mikrobieller Transformation in größerer Bodentiefe, (ii) der Austausch und die Remobilisierung sorbierter organischer Substanz steigt mit zunehmender C-Belegung der Minerale und (iii) die mikrobielle Transformation mineral-assoziierter OS ist eine bedeutende DOM-Quelle im Unterboden. Diese Hypothesen sollen durch Freiland- und Laborexperimente unterschiedlicher Komplexität getestet werden. Die Geländeansätze beinhalten einen "DO13C switch-off" Puls in den Grinderwald Observatorien und ein "DO13C Injektionsexperiment" im Grinderwald und zweier Regionalstandorte. Es soll das Verhalten und die Stabilität von DOM im Unterboden in Abhängigkeit von Herkunft und Zusammensetzung der DOM, mineralogischer Eigenschaften und mikrobieller Aktivität untersucht werden. Diese Ergebnisse zur DOM werden in Bezug gesetzt zur Sorptionskapazität, der C-Belegung und räumlichen C-Verteilung im Unterboden, sowie zum C-Austausch und der Abbaubarkeit (durchgeführt durch P6) der organischen Substanz auf Mineraloberflächen. Ein vergleichbarer analytischer Ansatz soll in "flow cell" Experimenten angewandt werden, wo unter definierten Randbedingungen Transport, Sorption und Abbaubarkeit des zugegebenen DO13C gekennzeichnet werden. Schließlich ist vorgesehen, in Laborstudien mit 13C-markierter DOM die Effekte der über unterschiedliche Inkubationstemperaturen manipulierten mikrobiellen Aktivität auf die Translokation von DOM durch Austausch/Remobilisierung in Abhängigkeit der Eigenschaften von Mineraloberflächen zu untersuchen. Mit diesem kombinierten Ansatz fokussiert P5 auf die zentrale Hypothese 3 des Rahmenantrags, bearbeitet aber auch Hypothese 2. P5 liefert wichtige Daten für die integrative Modellierung von organischem Kohlenstoff im Unterboden, wie die Konzentrationen und Flüsse von DOC und DO13C, die DOM-Stabilität sowie die Sorptionskapazität und C-Belegung von Bodenmineralen und somit zum Testen von Hypothese 5.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
