Ein Beitrag zu einem besseren Verständnis der Herkunft und des Verbleib von fein-kolloidalem und gelöstem schwarzen Kohlenstoff in Agrarökosystemen

• Antragstellerin: Dr. Melanie Braun
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336943844

Schwarzer Kohlenstoff (BC) umfasst eine Vielzahl von organischen Verbrennungsrückständen, welche durch atmosphärischen Eintrag aus z.B. Vegetationsbränden oder durch die direkte Applikation von Biokohle in den Boden gelangen. Schwarzer Kohlenstoff ist schwer abbaubar und akkumuliert daher in Böden innerhalb von Jahrzehnten. Jedoch ist der Abbau und Verlust von BC in Böden nicht vollständig verstanden. In den letzten Jahren konnten mehrere Studien zeigen, dass BC im Wasser in Form von gelöstem BC (DBC) existiert, welches auch Partikel < 450 nm beinhaltet. Allerdings gibt es bis jetzt noch keinen Beweis für den Übergang von wasserextrahierbarem BC (WEBC) aus Böden zu dieser gelösten Fraktion. Ich gehe davon aus, dass i) ein Großteil des BC in Böden in wasser-transportierbarer Form (WEBC) vorliegt, und ii) dieses WEBC aus Partikeln in der Größe von feinen Kolloiden bis Nanopartikeln besteht, was ich durch den Einsatz einer präparativen Feld-Fluss-Fraktionierung (FFFpräp) und anschließender BC-Analyse nachweisen kann. Weiterhin gehe ich davon aus, dass WEBC durch den mikrobiellen Abbau von BC in Böden entsteht. Um diese Hypothesen zu überprüfen, werde ich zunächst landwirtschaftlich genutzte Böden von Feldexperimenten auf Kurzumtriebsplantagen mit unterschiedlichem BC-Eintrag (0, 4,5 and 9 t Biokohle pro Hektar) auf ihre WEBC-Gehalte und Zusammensetzung hin untersuchen. Ich werde dafür WEBC aus dem Boden extrahieren, < 450 nm filtrieren und anschließend auf BC hin analysieren (mittels Oxidation zu Benzolpolycarbonsäuren (BPCA-Methode)). Zweitens wird für den Nachweis von BC in verschiedenen Größenklassen eine FFFpräp Methode etabliert, und anschließend für die präparative Isolation von BC-Partikeln aus den Bodenproben optimiert. Die so gewonnenen BC-Fraktionen werden einer anschließende BPCA-Analyse unterzogen, welche Auskunft über den Grad der aromatischen Kondensation gibt. Um den Beitrag von mikrobiellem BC-Abbau im Boden zur Bildung von WEBC und später DBC zu ermitteln werden Proben eines 5-Jahres-Inkubationsexperiment (inklusive sterilen und nicht sterilen Varianten) auf WEBC hin untersucht. Um zu prüfen ob sich die WEBC-Partikelgrößenverteilung während der Inkubation ändert, wird WEBC vor und nach der Inkubation via FFFpräp und nachgeschalteter BPCA-Analyse charakterisiert. Diese Studie wird so zum ersten Mal die Größenverteilung von WEBC in Böden untersuchen, und auch ob diese sich durch den BC-Abbau verändert. Weiterhin wird gezeigt ob Applikationsraten von Biokohle mit WEBC-Gehalten im Boden korrelieren.Ich werde außerdem erste Aussagen darüber treffen können ob BC-Abbau zu feinen Kolloiden und Nanopartikeln im Zeitraum von Jahrzehnten relevant sein könnte für BC-Verluste von Böden und somit den globalen Kohlenstoffkreislauf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen