Umsatz der Bodenstruktur unter verschiedenen Landnutzungen und Rückkopplung auf den Kohlenstoffumsatz

• Antragsteller: Dr. Frederic Leuther; Professor Dr. Robert Mikutta; Dr. Steffen Schlüter
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416883305

Bodenstruktur, die dreidimensionale Anordnung von festen Bodenbestandteilen und Poren, ist das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels verschiedener physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse (z.B. Bioturbation, Feuchte/Trocknung-Zyklen, und Bodenbearbeitung). Diese Prozesse verändern die Bodenstruktur kontinuierlich, was sich auf verschiedene Bodenfunktionen auswirkt, etwa auf die Speicherung von Kohlenstoff und Wasser sowie die Umsetzung von Nährstoffen. Ein wichtiger Mechanismus zur Regulierung des Umsatzes organischer Stoffe im Boden ist der physikalische Schutz durch begrenzte Zugänglichkeit für mikrobielle Zersetzer. In der ersten Phase dieses Projekts entwickelten wir neue Ansätze zur Bestimmung der Umsatzrate der Bodenstruktur unter natürlichen Bedingungen und zur Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener abiotischer und biotischer Faktoren. Unser zentraler Ansatz beruht auf Strukturmarkierung der Oberflächen von Bodenaggregaten mittels kleiner inerter Granatpartikel, deren Verbleib und Translokalisation zeitabhängig mittels Röntgenmikrotomographie untersucht wird. Die Geschwindigkeit mit der eine Randomisierung in Bezug auf die Partikel-Poren-Abstände erreicht wird, wird als Umsatzrate der Bodenstruktur interpretiert. Des Weiteren gelang auf Grundlage bildgebender Verfahren der Nachweis mikroskaliger biogeochemischer Gradienten, wobei wir zeigen konnten, dass das Feuchteregime des Bodens die Entstehung dieser Gradienten maßgeblich beeinflusst. In der zweiten Projektphase werden wir neue Feldversuche einrichten und die neuen Bildgebungsverfahren auf Böden unter verschiedenen Landnutzungen (Grünland, Ackerland, Forst) anwenden. Dies ermöglicht die Quantifizierung des Strukturumsatzes unter verschiedenen Umweltfaktoren und Bewirtschaftungsmethoden. Dabei werden die Umsatzraten verschiedener Fraktionen der organischen Substanz und die Etablierung biogeochemischer Gradienten mit dem Strukturumsatz in Beziehung gesetzt. Wir vermuten, dass schnell abbaubare partikuläre organische Substanz aufgrund von Zyklen der Exposition und Okklusion stark mit dem Strukturumsatz verbunden ist, während sich biogeochemische Gradienten vorrangig bei verlangsamtem Umsatz der Bodenstruktur ausbilden. Die Feldversuche werden durch ein Mesokosmenexperiment ergänzt, in welchem die Okklusion partikulären Pflanzenmaterials im Boden durch den Regenwurm verursachten Strukturumsatz untersucht wird. Damit liefert die zweite Projektphase weiter vertiefte Erkenntnisse über die Auswirkungen der Makrofauna auf den Umsatz der Bodenstruktur. Zusammenfassend werden wir auf Basis neu angelegter Feldexperimente den Einfluss der Landnutzung und Bewirtschaftungspraktiken auf den Bodenstrukturumsatz und den Zusammenhang zwischen dem Umsatz der Bodenstruktur und des organischen Bodenkohlenstoffs aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Efstathios Diamantopoulos, Ph.D.; Dr. Klaus Kaiser