Multiscale analysis of dust emissions from agricultural soils in La Pampa, Argentina
Final Report Abstract
Das Ziel des Projektes bestand darin, Feinstaubemissionen von landwirtschaftlich genutzten Böden detaillierter als bisher zu beschreiben. Obwohl Winderosion einen wichtigen Prozess der Bodenbildung als auch der Zerstörung von Böden in den ariden und semiariden Gebieten der Welt darstellt, sind Feldexperimente zur Ermittlung von Ursachen und Wirkungen relativ rar. Dabei beeinflussen die damit verbundenen Staubemissionen die physikalischen und chemischen Prozesse in der Atmosphäre wesentlich stärker als Wüstenstaub, wirken sich negativ auf die Luftqualität benachbarter Siedlungen aus, und beeinträchtigen weit entfernte Ökosysteme durch den Eintrag von Nährstoffen oder Pflanzenschutzmitteln. Frühere Messkampagnen waren eher auf eine Quantifizierung der Bodenverluste fixiert, inzwischen stehen aber verstärkt die qualitativen Aspekte der Staubemissionen im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. In unseren Feldversuchen konnten wir die starke räumliche Heterogenität der Prozesse nachweisen. Abtrags- und Depositionsbereiche liegen unmittelbar nebeneinander, nur durch geringfügige Höhenunterschiede gekennzeichnet. In deren Ergebnis kommt es zu einer Zunahme der Bodenheterogenität, da sich die sandigen Depositionen deutlich vom Ausgangsmaterial unterscheiden. Wir haben dies als Struktur-Prozess-Struktur-Komplex definiert, da sich aus den vorhandenen Strukturen durch den Prozess der Winderosion neue Strukturen entwickeln, die die Ausgangslage stark verändern und zu einer erhöhten Anfälligkeit führen. Neben diesen On-site-Effekten wurden die horizontalen und vertikalen Flüsse von Feinstaub untersucht, welche dem Ferntransport unterliegen. Wir konnten zeigen, dass die Feinstaub-Fraktionen PM10, PM2.5 und PM1.0 sehr unterschiedlich von der Windgeschwindigkeit beeinflusst werden und dass die generelle Ableitbarkeit des Anteils feinerer Fraktionen (PM2.5 und PM1.0) aus der PM10- Fraktion nicht korrekt ist, da das Verhältnis von der Messhöhe und der Windgeschwindigkeit abhängt. Die Windkanaluntersuchungen erbrachten detaillierte Einblicke in die höhenabhängige Sortierung mineralischer und organischer Bestandteile verschiedener Böden während der Winderosion. Neben der partikelgrößenabhängigen Sortierung erfolgt auch eine der chemischen Komponenten, die wir mittels FTIR-Spektroskopie über die funktionellen Gruppen nachweisen konnten. Quartz (Si-O) verbleibt bodennah und auf der Fläche, während die Tonpartikel (O-H) mit dem Feinstaub ausgeweht werden. Über die funktionellen Gruppen der organischen Substanz (C-H, C=O, C=C, C-O) lassen sich Rückschlüsse über den Bindungs- oder Abbauzustand ziehen. So zeigte sich, dass sandige Böden aufgrund der geringen Bindung mit den Staubemissionen besonders frische organische Substanz verlieren, während es bei bindigeren Böden Aggregate sind, die mehr oder wenigen dem Ausgangsboden entsprechen. Bei den Elementen zeigte sich, dass Ca und Mg vorwiegend bodennah im Saltationsmaterial transportiert wird, während C und N sich in der Staubfraktion anreichern. Konzentrationen und Anreicherungen von P wurden in einer extra Studie untersucht. Hier konnte für P ein Anreicherungsfaktor von 5.5 für den Feinstaub nachgewiesen werden, der sich weit verbreiten kann.
Publications
- (2017) Composition of sediments transported by the wind at different heights. EGU General Assembly 2017, Wien
Iturri, A., Funk, R., Leue, M., Sommer, M., Buschiazzo, D.E.
- (2017) Wechselwirkungen zwischen Oberflächenstruktur und Winderosionsprozessen in der semiariden Pampa Argentiniens. Jahrestagung der DBG 2017, Göttingen
Siegmund, N., Funk, R., Sommer, M., Buschiazzo, D.E.
- (2017). Wind sorting affects differently the organo-mineral composition of saltating and particulate materials in contrasting texture agricultural soils. Aeolian Research 28, 39-49
Iturri, L. A., Funk, R., Leue, M., Sommer, M., Buschiazzo, D. E.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2017.07.005) - (2018) Nutrient and element export is affected by wind sorting in different textured agricultural soils. Posterpräsentation auf der International Conference on Aeolian Research 2018, Bordeaux
Iturri, A., Funk, R., Sommer, M., Buschiazzo, D.E.
- (2018). Effects of low-scale landscape structures on aeolian transport processes on arable land. Aeolian Research 32, 181-191
Siegmund, N., Funk, R., Koszinski, S., Buschiazzo, D., Sommer, M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2018.03.003) - (2021) Carbon enrichment in particulate matter is affected by the interaction between soil type and management. Blowing South: Southern Hemisphere Dust Symposium, November 8 – 10, 2021, On-line event
Iturri, A., Funk, R., Leue, M., Sommer, M., Buschiazzo, D. E.
- (2021) Horizontal and vertical fluxes of particulate matter during wind erosion on arable land in the province La Pampa, Argentina. Blowing South: Southern Hemisphere Dust Symposium, November 8 – 10, 2021, On-line event
Funk, R., Siegmund, N., Panebianco, E., Acecilla, F., Iturri, A., Buschiazzo, D., Sommer, M.
- (2021). Elemental composition of wind-blown sediments from contrasting textured soils. Aeolian Research 48, 100656
Iturri, L. A., Funk, R., Sommer, M., Buschiazzo, D. E.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2020.100656) - (2022). Height distribution of P forms in wind-blown sediments of contrasting soils. Aeolian Research 55, 100776
Iturri, L.A., Funk, R., Sommer, M., Buschiazzo, D.E.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2022.100776) - (2022). Horizontal and vertical fluxes of particulate matter during wind erosion on arable land in the province La Pampa, Argentina. International Journal of Sediment Research
Siegmund, N., Funk, R., Sommer, M., Avecilla, F., Panebianco, J.E., Iturri, L.A., Buschiazzo, D.E.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2022.01.004)
