Nanopartikel und Kolloide als Vektoren von P-Verlusten und -Umverteilungen/Verlagerungen im Zuge der Entwicklung von Waldökosystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Erwin Klumpp; Professor Dr. Jan Siemens
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240874882

Natürliche Nanopartikel und Kolloide weisen eine große spezifische Oberfläche und hohe Reaktivität auf und sind somit primäre Phosphor-Sorbentien. Sie kontrollieren dadurch stark die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Phosphor in Böden. Wir planen die Fortsetzung und Erweiterung der erfolgreichen Forschung der ersten Phase des SPP 1685, über die Rolle von natürlichen Nanopartikeln und Kolloiden in Böden, Boden(sicker)wässern und Abflusswässern für die P-Speicherung, den P-Transfer und die P-Verluste in Wald-Ökosystemen. Die unterschiedlichen natürlichen Nanopartikel- und Kolloid-Typen, identifiziert in der ersten Projekt Phase, werden weiterhin charakterisiert in gemeinschaftlichen, projektübergreifenden Experimenten (Bodensäulen, Lysimeter und neue Feldexperimente). Neue Aspekte in diesen Experimenten sind die Einbeziehung eines karbonathaltigen Waldbodens und die verknüpfte Untersuchung der P-, Corg und N-Zyklen. Zu diesem Zweck soll die Kopplung der Feld-Fluss-Fraktionierung mit ICP-MS und organischem-Kohlenstoff Detektor, eingerichtet in der erste Projektphase des SPP 1685 (zur Bestimmung der Elementkonzentrationen von P, Corg in Verbindung mit Fe, Al, Mn, Ca, Si der Nanopartikeln, Kolloide und der gelösten Phase) ausgebaut werden und erstmalig die zusätzliche online-Detektion von organischem Stickstoff ermöglicht werden. Diese erweiterten, analytischen Möglichkeiten werden unter anderem für das Zentralprojekt der zweiten Phase eingesetzt. Somit wird es zum ersten Mal möglich sein, die Relevanz der Kolloide für das Phosphor (re)cycling in Wald Ökosystemen unter Nährstofflimitierung und nach N, P und N+P Zugabe aufzuklären (WP 2.1). Weiterhin, werden wir im gemeinsamen Flux-Cluster Experiment den lateral und vertikal transferierten/transportierten, nanopartikulär- und kolloidal-gebundenen P auf unterschiedlicher räumlicher Skala während Starkregenereignissen quantifizieren (WP 2.3). Darüber hinaus, zur Beurteilung der Rolle dieser Phosphorverluste für das P-recycling, werden Rhizotron-Experimente mit Buchensetzlingen durchgeführt und mit Bodenkolloiden aus unterschiedlichen P-Status- Wäldern (WP 2.2). Zur besseren Charakterisierung der Bindung von P zu natürlichen Nanopartikeln und Kolloiden, werden spezifische Sorptionsexperimente mit anorganischem- und organischem-P durchgeführt (WP 2.4), sowie Untersuchung isolierter Nanopartikel mittels 31P-NMR. Übergreifend sollen die Untersuchungsresultate das derzeitige Verständnis der P-Nährstoffflüsse und P-Zyklen nicht nur für Wald-Ökosysteme sondern auch für terrestrische Ökosysteme verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1685: Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Roland Bol