SPP 1315:  Biogeochemical Interfaces in Soil

Böden sind belebte, heterogene Dreiphasensysteme aus festen, flüssigen und gasförmigen Komponenten. Sie bilden die dynamische Grenzfläche zwischen Biosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre und Lithosphäre. Die Forschung innerhalb des Schwerpunktprogramms zielt auf die systematische strukturelle Charakterisierung und funktionale Erforschung von biogeochemischen Grenzflächen in Böden sowie auf die Erkundung ihrer Rolle bezüglich Auswirkungen und Verbleib organischer Chemikalien. Das gemeinsame übergeordnete Forschungsziel ist es, ein mechanistisches Verständnis des komplexen Wechselspiels physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse zu erlangen, die an biogeochemischen Grenzflächen ablaufen. Dabei sollen diejenigen Faktoren identifiziert werden, die die komplexe Struktur der Grenzflächen bestimmen, die Prozesse auf molekularer und Organismenskala mit Phänomenen auf der Aggregatskala mechanistisch verknüpft und das mittel- bis langfristige Verhalten organischer Chemikalien in Böden innerhalb eines generellen mechanistischen Rahmens erklärt werden. Die Forschung basiert auf folgenden Hypothesen:
(1) Die grundlegenden Eigenschaften und Funktionen biogeochemischer Grenzflächen in Böden werden nur durch die Verknüpfung bodenphysikalischer, -biologischer und -chemischer Ansätze erkennbar.
(2) Mikroorganismen nehmen aktiv an der Bildung und Neuorganisation biogeochemischer Grenzflächen teil.
(3) Die systematische Erforschung und Charakterisierung von Architektur und Funktionsweisen biogeochemischer Grenzflächen ist essenziell, um die Transformations-, Akkumulations- und Regulationsfunktionen von Böden zu verstehen.
(4) Molekulare Deskriptoren organischer Chemikalien in Verbindung mit Informationen über Struktur und Dynamik biogeochemischer Grenzflächen können zum generellen Verständnis des Verhaltens organischer Chemikalien beitragen.
(5) Die komplexe biologische und chemische Zusammensetzung biogeochemischer Grenzflächen erschwert Untersuchungen vom Verbleib und zu Auswirkungen organischer Chemikalien.
Das mechanistische Verständnis der Zusammenhänge biophysikalischer und geochemischer Prozesse und Mechanismen auf molekularer Ebene wird die Grundlage der Integration der Informationen in feldmaßstäbliche Konzepte und von Modellen bezüglich des Verbleibs, der Reaktivität und Verfügbarkeit organischer Chemikalien in Böden sein. Innovative Technologien, die in anderen wissenschaftlichen Disziplinen entwickelt wurden, werden zur Beantwortung bodenkundlicher Fragestellungen beitragen.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Internationaler Bezug Österreich

• Biogeochemical interface formation in soils as controlled by different components (Antragstellerin Kögel-Knabner, Ingrid )
• Biotic and abiotic factors that dive the function of microbial communities at biogeochemical interfaces in different soils (BAMISO) (Antragsteller Harms, Hauke ;  Schloter, Michael )
• Coordination and administration of the priority programme SPP 1315 Biogeochemical Interfaces in Soil (Antragsteller Totsche, Kai Uwe )
• Das Ausgangsmaterial als wesentlicher Faktor für die Eigenschaften der biogeochemischen Grenzflächen in Böden: integrative Analyse (Antragstellerinnen / Antragsteller Kögel-Knabner, Ingrid ;  Totsche, Kai Uwe )
• Dynamic (redox) interfaces in soil - Carbon turnover in microbial biomass and flux into soil organic matter (Antragstellerin Miltner, Anja )
• Effects of soil organic matter molecular conformation and substrate additions on the formation and release of xenobiotics bound residues (Antragsteller Marschner, Bernd )
• Elucidating mechanisms of pesticide sorption and degradation by compound specific isotope analysis in conjunction with advanced mathematical transport modelling (Antragsteller Elsner, Martin )
• Environmental Determinants of Microbial Biopolymer Degraders in Agricultural Soil (Antragsteller Kolb, Steffen )
• Evaluation of effective parameters to describe wetting, adhesion and, sorption phenomena on biogeochemical interfaces (Antragsteller Bachmann, Jörg )
• Highly-resolved imaging in artificial and natural soils to yield dynamics and structure of interfaces from oxygen, pH and water content (Antragsteller Oswald, Sascha E. )
• Hydration affected soil:water sorption processes of xenobiotics - experiments and modeling approaches (Antragsteller Thiele-Bruhn, Sören )
• Imaging and image simulation of organic target compound migration between different biogeochemical interfaces of a soil horizon using positron emission tomography and the lattice Boltzmann equation approach (Antragstellerinnen / Antragsteller Kersten, Michael ;  Lippmann-Pipke, Johanna )
• Importance of soil organic carbon and mineral particle size fractions for the fate of soil supplied organic chemicals and their microbial transformations (Antragsteller Tebbe, Ph.D., Christoph )
• Influence of microbial and enzymatic activities on immobilisation of xenobiotics in soil organo-clay complexes (Antragsteller Schwarzbauer, Jan ;  Schäffer, Andreas )
• Influence of soil parameters on the fate and metabolism of metalaxyl and fenhexamid on the soil interface rhizosphere (Antragsteller Spiteller, Michael )
• Interactions of organic compounds with soil components - elucidating mechanisms on a molecular level (Antragsteller Gerzabek, Martin H. ;  Lischka, Hans )
• Interactions of soil microbial communities and persistent organic pollutants at different biogeochemical interfaces in soil (Antragstellerin Smalla, Kornelia )
• Investigation of pore scale processes at biogeochemical interfaces using sensor micromodels and Raman microscopy (Antragsteller Baumann, Thomas )
• Investigation of the transformation and interaction of organic model compounds in agricultural soils employing isotopic techniques (Antragsteller Totsche, Kai Uwe )
• Linking micro-aggregation to the sequestration of organic pollutants in soils (Antragstellerinnen / Antragsteller Lang, Friederike ;  Siemens, Jan )
• Organisation and realisation of meetings (season schools) within the priority program SPP 1315 "Biogeochemical Interfaces in Soil" (Antragsteller Totsche, Kai Uwe )
• Physicochemical Aging Mechanisms in Soil Organic Matter (SOM- AGING): II. Hydration-dehydration mechanisms at Biogeochemical Interfaces (Antragstellerin Schaumann, Gabriele )
• Quantification of active interfaces with respect to dissolved chemicals in unsaturated structured soil (Antragsteller Vogel, Hans-Jörg )
• Surface Mediated Transformation of Pesticides (Antragsteller Haderlein, Stefan )
• The detritusphere as the biogeochemical interface for bacterial and fungal degradation of MCPA (Antragstellerinnen / Antragsteller Kandeler, Ellen ;  Streck, Thilo )
• The Drilosphere as a Driver of Microbial Metabolism of Herbicides in Soil: Linking Processes with Populations (Antragsteller Horn, Marcus A. )
• The role of mobile organic matter and biocolloids for the properties of and interactions with biogeochemical interfaces in soil (Antragsteller Totsche, Kai Uwe )

Sprecher Professor Dr. Kai Uwe Totsche