Assoziationen von allophanischen Mineralen und organischer Substanz: Bildung, Eigenschaften und Stabilisierung organischer Substanz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ellen Kandeler; Professor Dr. Thilo Rennert
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 330101795

Die Verwitterung vulkanischer Aschen führt typischerweise zur Ausprägung von Andosolen, in deren Mineralkörper sich Allophan und/oder Imogolit bilden kann. Andosole sind die terrestrischen Böden, die die größten Mengen organischer Substanz speichern. Allophanische Minerale sind Minerale der Tonfraktion mit Nahordnung und variablen Al-Si-Verhältnissen, die auch in Podsolen und Braunerden entstehen können. Ihre Bildung wird beeinflusst vom Wasserhaushalt, der Si-Aktivität in der Bodenlösung und dem pH-Wert. Die Interaktionen zwischen allophanischen Mineralen und organischer Bodensubstanz werden als wichtiger Stabilisierungsprozess gesehen. Allerdings kann nach bisherigen Erkenntnissen die organische Bodensubstanz die Bildung dieser Minerale stören oder fördern. Daher zielt das beantragte Vorhaben darauf ab, die Bildung allophanischer Minerale in Anwesenheit organischer Bodensubstanz und den Verbleib dabei assoziierter organischer Substanz zu klären. Wir werden Effekte organischer Substanz auf die Kristallinität allophanischer Minerale, das Ausmaß der Sorption von gelöster organischer Substanz aus dem Ober- bzw. Unterboden und die Fraktionierung organischer Substanz durch Sorption überprüfen. Dazu führen wir Laborversuche zur Synthese allophanischer Minerale in Anwesenheit natürlicher gelöster organischer Substanz (gewonnen im Oberboden mit einem Lysimeter bzw. im Unterboden mit Saugkerzen sowie durch Extraktion) bei variablen Al-Si-Verhältnissen und pH-Werten in Adsorptions- und Ko-Fällungsvarianten durch. Die Reaktionsprodukte werden mittels Si-, Al- und C-NMR- sowie Infrarotspektroskopie charakterisiert. Zusätzlich werden wir in Inkubationsexperimenten mit zuvor produzierten mineral-organischen Assoziationen klären, ob Bodenmikroorganismen ko-gefällte organische Substanz verwerten und ob die Zugabe eines leicht verfügbaren organischen Substrats die ko-metabolische Spaltung organischer Substanz stimuliert. Die Erkenntnisse aus diesem Vorhaben werden das Verständnis von Bildung, Eigenschaften und Dynamik allophanischer Minerale und assoziierter organischer Substanz vertiefen. Wir tragen damit zu einer detaillierteren Kenntnis der Prozesse der Speicherung und des Verbleibs von organischer Substanz in Böden sowie der Genese und Eigenschaften von Andosolen bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen