Das Leck im Phosphorkreislauf - Mechanismen und Steuergrößen des Lösungstransports von Phosphor in Böden akquirierender und rezyklierender Waldökosysteme

• Antragsteller: Dr. Klaus Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241226483

Waldökosysteme gehen nach anfänglicher Nutzung gesteinsbürtiger P-Quellen zum Recycling organischer P-Formen über. Aus der organischen Auflagen wird P als Orthophosphat sowie als gelöster organischen Phosphor (DOP) freigesetzt und teilweise in den Mineralboden verlagert. Unsere Ergebnisse aus der ersten Phase des Dachprojekts zeigen abnehmende Austräge an Orthophosphat aus organischen Auflagen mit zunehmender Recyclingtendenz des Waldökosystems, während die DOP-Austräge kaum zurückgehen. Ein Großteil des DOP ist enzymatisch nicht hydrolysierbar, folglich nicht bioverfügbar. Im Mineralboden nimmt Orthophosphat mit zunehmender Bodentiefe deutlich ab; die Abnahme an DOP fällt geringer aus. Damit trägt DOP maßgeblich zum stetigen P-Verlust aus Waldböden bei. Zudem wird auch Orthophosphat nicht vollständig im Mineralboden zurückgehalten. Unklar bleibt, welche Faktoren die unterschiedliche Produktion gelösten P in Auflagen akquirierender und rezyklierender Waldökosysteme steuert. Auch die Ursachen der stetigen Auswaschung gelösten P sind weiterhin ungeklärt.Unser Vorhaben hat zum Ziel, zu klären, welche Mechanismen und Faktoren die Mobilisierung und Auswaschung von P in Waldökosystemen steuern.Die Steuergrößen der P-Mobilisierung in organischen Auflagen werden (1) durch Messung gelöster P-Formen sowie der Bioverfügbarkeit von DOP im SPP-Düngungsexperiment und (2) in Mikrokosmen mit organischen Substanzen unterschiedlicher Qualität untersucht. (3) Mittels 13C-markierter Komponenten werden wir den Umsatz von niedermolekularem DOP bestimmen. Über die DOP-Freisetzung bei P-Düngung und die variierende Stöchiometrie der Streu (C:P:N-Verhältnisse) können wir ermitteln, ob die DOP-Mobilisierung von der P-Verfügbarkeit gesteuert wird oder ob sie ein Nebenprodukt der Umsetzung organischer Substanz ist. In Klimakammern ermitteln wir die Temperaturabhängigkeit der P-Mobilisierungsprozesse, die, neben der chemischen Zusammensetzung, eine zentrale Steuergröße ist.Als eine mögliche Ursache des Transports gelösten P im Mineralboden wird kolloidales P mittels Ultrazentrifugation untersucht. Bindung an Kolloide wäre auch eine Erklärung der geringen Hydrolysierbarkeit von DOP. Der mögliche Beitrag bodenbürtiger organischer Verbindungen zum DOP im Unterboden wird durch Trennung in P-reiche und P-arme Fraktionen in Kombination mit 14C-Analysen getestet. Die chemische Charakterisierung gelösten P erfolgt mit 13P-NMR. Begrenzender Faktor sind die geringen P-Gehalte in Bodenwässern und es nicht immer erlauben 13P-NMR einzusetzen. Hier soll Silberanoden-XPS eingearbeitet werden, um P-Bindungsformen in kleinsten Probemengen aus Unterböden zu charakterisieren.Um eine Generalisierung der Aussagen zu ermöglichen, werden weitere Standorte auf gelöste P-Formen im Bodenwasser untersucht. Den Abschluss der Arbeiten bildet eine Synthese aller Fluss- und Transportergebnisse innerhalb des Dachprojekts, was für eine Modellierung des P-Kreislaufs in Waldökosystemen entscheidend ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1685: Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortliche: Dr. Frank Hagedorn; Professor Dr. Robert Mikutta