Tonminerale und pedogene Oxide - Schlüsselkomponenten für die Stabilisierung der organischen Substanz in stark verwitterten tropischen Böden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Karl-Heinz Feger; Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professorin Dr. Ingrid Kögel-Knabner, seit 2/2020; Professor Dr. Robert Mikutta
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327265988

Auswirkungen der Umwandlung natürlicher Vegetation in Ackerland auf Menge und Stabilisierung der organischen Bodensubstanz (OBS) sind vor allem in stark verwitterten, sehr sauren tropischen Böden unzureichend bekannt. Dies ist überaus problematisch, denn diese tropischen Böden, deren Funktionalität stark von der OBS abhängt, sind in besonderem Maße von Landnutzungswandel betroffen. Daraus ergibt sich die besondere Notwendigkeit, die Komponenten und Prozesse zu quantifizieren, welche für die Höhe der Vorräte und die Stabilität der OBS in solchen tropischen Böden verantwortlich sind. Pedogenen Oxiden und Tonmineralen kommt dabei eine entscheidende Rolle zu. Allerdings ist unbekannt, ob es ein optimales Verhältnis von pedogenen Oxiden zu Tonmineralen hinsichtlich Höhe der Vorräte und Stabilität der OBS gibt und wie sich dieses Verhältnis auf die Bildung mineral-organischer Assoziationen (MOA) und Aggregate auswirkt. Deshalb besteht das Hauptziel dieses Projekts darin, die komplexen Wechselwirkungen von pedogenen Oxiden, Tonmineralen und OBS in ihren Auswirkungen auf die Menge und Stabilisierung der OBS in stark verwitterten tropischen Böden aufzudecken und zu quantifizieren. Dafür nutzen wir einen einzigartigen Gradienten von pedogenen Oxiden und Ton im Ostusambara-Gebirge (NO-Tansania). Untersuchungsziel ist die Aufklärung von Stabilisierungsmechanismen, wie die Bildung von MOA und die Okkludierung von SOM in Aggregaten. In Ackerböden sollte die mengenmäßig stark reduzierte OBS nach Landnutzungswandel relativ stabil sein im Vergleich zu Waldböden. Deshalb wird der Gradient an Oxiden und Ton mit einem Gradienten der Landnutzung kombiniert, um daraus Rückschlüsse auf die Stabilisierung der OBS zu ziehen. Unsere Voruntersuchungen zeigen ein ähnliches Relief, Klima und geologisches Ausgangsmaterial. Bei den Böden handelt es sich um Acrisole mit hohen Gehalten an pedogenen Oxiden (Hämatit, Gibbsit) und Kaolinit als dominantes Tonmineral. Geplant ist die Beprobung von Oberböden von Naturwald- und Ackerstandorten entlang eines Gradienten mit unterschiedlichen Gehalten an Ton und pedogenen Oxiden. Die Proben werden einer kombinierten Dichte- und Aggregatfraktionierung unterzogen, wobei eine Differenzierung der Vorräte an OBS in MOA und Aggregaten erfolgt. An diesen Fraktionen erfolgt eine Charakterisierung der mineralischen und organischen Bodenbestandteile und Identifikation von deren Wechselwirkungen (z.B. XRD, XRF, XPS, FTIR, REM, NanoSIMS). Die Quantifizierung der Wirkungen pedogener Oxide und Tonminerale auf die Stabilisierung der OBS erfolgt durch Inkubationsversuche, wobei auch 13C- und 15N-markierte Modellverbindungen und 14C-Analysen genutzt werden. Ein grundlegend verbessertes mechanistisches Verständnis der Stabilisierung von OBS in stark verwitterten, sauren tropischen Böden erlaubt künftig verbesserte Aussagen darüber, wie sich ein Landnutzungswandel auf die OBS auswirkt, um daraus Strategien zur Verminderung von OBS-Verlusten zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Carsten Werner Müller, bis 2/2020