Temporal and material variability of podzolization processes
Final Report Abstract
Podsole sind in der nördlichen Hemisphäre weit verbreitete Böden, die sich bei erhöhten Niederschlägen, grobem, kalkfreiem Ausgangsgestein und einer Vegetation ausprägen, die saure Streu liefert. Podsole sind durch einen aufgehellten Oberboden gekennzeichnet, aus dem organische Bodensubstanz (OBS) sowie Aluminium (Al), Eisen (Fe) und Silizium (Si) in den Unterboden verlagert werden. Im Unterboden werden die verlagerten Stoffe teilweise immobilisiert, wodurch sich dunkel gefärbte Horizonte ausprägen. Die dabei wirkenden Mobilisierungsund Immobilisierungsprozesse sind allerdings noch nicht vollständig aufgeklärt. Daher überprüften wir mögliche Prozesse mit einer Kombination aus Charakterisierung von Böden unterschiedlichen Podsolierungsgrads, Laborexperimenten zur Mobilisierung und Immobilisierung sowie Modellierung. Wir untersuchten fünf benachbarte Böden aus gleichem Ausgangsgestein und variabler Podsolierung. Die fünf Böden waren sehr sandig, sehr sauer, und die Verteilung extrahierbarer Metalle (häufig aus organischen Quellen) zeichnete die Intensität der Podsolierung nach. Abhängig vom Ausmaß der Podsolierung nahm die Menge partikulärer OBS im Unterboden ab und die mineralgebundener OBS zu. Einher ging mit der Podsolierung die Abnahme der Transformation der OBS im Oberboden und die Zunahme von mit Metallen ausgeflockter OBS im Unterboden. Dies spiegelte sich in der Zusammensetzung von verlagerten Partikeln wider, die im Gelände gewonnen wurden. Es handelte sich, laut Analysen auf der Submikronskala, um partikuläre OBS mit Al assoziiert. In Beregnungsexperimenten mit den Oberböden aller Standorte zeigte sich, dass Al, Fe und C zwar gemeinsam verlagert wurden, allerdings nicht, wie häufig angenommen, in Assoziation der Metalle mit niedermolekularen organischen Säuren, sondern als Kolloide oder mit größeren organischen Molekülen assoziiert. Die Verlagerung von Si war davon entkoppelt, da es sehr häufig als monomere Kieselsäure vorlag. Die Al- und Si-Konzentrationen deuteten ein Gleichgewicht mit (Proto-)Imogolit an, der sich im Zuge der Podsolierung im Oberboden auflöst. In Verlagerungsexperimenten mit diesem Mineral wurde deutlich, dass es auf mehreren Wegen zur Retention verlagerten Materials im Unterboden beitragen kann, in dem es Poren verstopft und so die Verweilzeit gelöster OBS erhöht, und in dem es eine neue Phase gemeinsam mit verlagerter OBS bildet. In Experimenten zur Podsolierung von Oberböden war die Elementfreisetzung sowohl quantitativ als auch qualitativ abhängig von der Intensität und Permanenz der Beregnung und damit saisonal. Die verlagerte gelöste OBS wurde, wegen ihrer variablen Zusammensetzung, in unterschiedlichem Maß an Bodenminerale adsorbiert, so dass also Freisetzung und Retention saisonal ausgeprägt waren. In diesem Experiment wurde bevorzugt Al gegenüber Fe verlagert. Durch Experimente mit definierten Variationen von Steuergrößen konnten wir Mechanismen überprüfen, die bisher teilweise deskriptiv aus Bodencharakterisierung abgeleitet wurden. Häufig spiegelten experimentelle Daten Felddaten wider, was die wissenschaftliche Bedeutung experimentell-pedologischer Ansätze zur Prozessaufklärung bestätigt.
Publications
- (2020) Podzolisation affects the spatial allocation and chemical composition of soil organic matter fractions. Soil Res. 58, 713–725
Krettek, A., L. Herrmann, T. Rennert
(See online at https://doi.org/10.1071/sr20164) - (2021) Mobilisation of Al, Fe, and DOM from topsoil during simulated early Podzol development and subsequent DOM adsorption on model minerals. Sci. Rep. 11, 19741
Krettek, A., T. Rennert
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-021-99365-y)
