Räumliche Muster der Bildung organischer Bodensubstanz in Unterböden: Bildung mineral-assoziierter organischer Substanz

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Guggenberger; Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professor Dr. Robert Mikutta
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452508245

Im Rahmen der Forschungsgruppe konnten wir durch Unterbodenobservatorien und Feldmanipulationen belegen, dass DOM (dissolved organic matter) durch multiple Sorption-Desorptionsereignisse durch den Boden verlagert wird. Wir zeigten, dass Mikroorganismen stark in Austauschprozesse von hoch mit OM (organic matter) beladenen mineralischen Oberflächen eingebunden sind. Die Ergebnisse der segmentierten Saugplatten zeigten ferner eine große und stabile räumliche Heterogenität von Wasser- und DOC-Flüssen (dissolved organic carbon) sowie der DOM-Zusammensetzung. Die Unterscheidung zwischen bevorzugten Fließwegen und Matrixboden weist auf eine horizontale Kontrolle der OM-Retention hin. Basierend auf diesen Erkenntnissen wollen wir hier untersuchen, wie sich die kleinräumige horizontale Heterogenität der DOM-Dynamik in eine kleinräumige horizontale Heterogenität der Bildung und den Eigenschaften von mineral-assoziierter organischer Substanz (MAOM) übersetzt. Wir nehmen an, dass in bevorzugten Fließwegen der hohe Eintrag leicht abbaubarer OM mikrobielle Hotspots auf Mineraloberflächen fördert und damit die Voraussetzung für einen in vivo mikrobiellen Umsatzpfad bei der Bildung von MAOM schafft. Im Gegensatz dazu überwiegt im Matrixboden mit wenig OM-Eintrag und Mineralen mit geringer C-Beladung die direkte Sorption mit einem höheren Beitrag pflanzenbürtiger Verbindungen. Unser Projekt basiert auf dem im Rahmen von FOR 1806 identifizierten kleinräumigen Muster der DOC-Flüsse in den segmentierten Saugplatten der Bodenobservatorien. Hierbei wird jeweils Boden direkt über den Segmenten beprobt und mit Bereichen des bevorzugten oder Matrixflusses in Beziehung gesetzt. Diese verschiedenen Domänen werden auf physikalische und mineralogische Eigenschaften analysiert, die wichtige Treiber für die Mobilität und Retention von OM sind. Ein Vergleich von 13C im Boden über den einzelnen Segmenten der Saugplatten mit dem kumulierten 13C-Fluss/Rückhalt in diesen Bereichen gibt Aufschluss über die räumlich differenzierte OM-Retention. Die Analyse von Nährstoffen und Biomarkern (Lignin, Aminozucker, extrazelluläre polymere Substanzen) sowie spektroskopische Informationen auf Basis der Photoelektronenspektroskopie geben Auskunft über die Quelle und den Grad der mikrobiellen Transformation der OM in den verschiedenen Domänen. Diese Daten über die Pfade der MAOM-Bildung werden mit der Bioverfügbarkeit von MAOM sowie verschiedenen mikrobiellen Parametern, die von den Partnerprojekten zur Verfügung gestellt werden, verknüpft. Das vorgeschlagene Projekt befasst sich direkt mit der übergeordneten Hypothese des Antragspakets, dass präferenzielle Fließpfade eine wichtige Determinante für die Bildung von OM im Unterboden sind, da sie die raumzeitlichen Muster der Wasser- und Stoffflüsse steuern und vom Matrixboden unterschiedliche Lebensräume für den mikrobiellen OM-Umsatz bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen