FOR 562:  Dynamik von Bodenprozessen bei extremen meteorologischen Randbedingungen

In einem zukünftigen Klima mit Zunahme von Extremereignissen wird gerade für die Mittelgebirge ein häufigeres Auftreten von Perioden der Wiederbefeuchtung ausgetrockneter Böden und des Auftauens nach Frost erwartet. Derlei schnelle und tief greifende Veränderungen der meteorologischen Randbedingungen, die unregelmäßig und mit variierender Intensität auftreten, haben vermutlich für die Umsätze von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Schwefel (S) in Böden, die Emissionen von Spurengasen und für die Sickerwasserqualität eine größere Bedeutung als bisher angenommen. Der Kenntnisstand über Ursachen, Wirkung und Dauer veränderter Stoffdynamik in diesen Perioden ist bisher sehr gering. Es fehlen dazu insbesondere Experimente unter Freilandbedingungen.
Im Rahmen der Forschergruppe wird daher am Beispiel eines Wald- und eines Moorbodens im Fichtelgebirge untersucht
-- welche Konsequenzen extreme meteorologische Randbedingungen für die Stoffumsätze, die Stoffausträge und die mikrobiellen Strukturen in terrestrischen und semiterrestrischen Böden haben,
-- wie sich unterschiedliche Intensitäten von Austrocknung und Frost auswirken und
-- auf welchen physikalischen, chemischen und biologischen Mechanismen die Effekte beruhen.
Die genannten Fragen werden von einer interdisziplinäre Forschergruppe aus Bodenkundlern, Hydrologen, Mikrobiologen und Pflanzenökologen bearbeitet. In einem Fichtenwald und in einem Niedermoor wird eine experimentelle Austrocknung des Bodens durch Dächer und Drainagen hervorgerufen sowie zusätzlich im Waldbestand eine Verstärkung des Bodenfrostes durch Entfernen der Schneedecke. Ergänzend werden Laborversuche mit Bodensäulen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt.
Untersucht werden die Emissionen klimarelevanter Spurengase aus Böden, der Stofftransport im Bodenprofil sowie die beteiligten Prozesse (C- und N-Mineralisation, Nitrifikation, Dentrifikation, DOC-Freisetzung, Methanogenese, Redoxreaktionen von S und Eisen (Fe), Ausbildung von Fließwegen). Zur Aufklärung der Mechanismen werden die Reaktion verschiedener Fraktionen der Bodenfestphase, Feinwurzelumsätze und Veränderungen der Mikroorganismen betrachtet. Dabei kommen moderne Methoden, wie komponentenspezifische C13-, N15-, O18-Messungen, C14-Datierungen, Biomarker-Muster und molekular-biologische Analysen zum Einsatz. Die zu erwartenden Ergebnisse werden das Verständnis wichtiger Bodenprozesse und -funktionen wesentlich verbessern.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

• Growth and vitality of fine roots of Norway spruce as influenced by experimental and natural drought (Antragsteller Leuschner, Christoph )
• Microbial cycling of iron in acidic fens (Antragstellerin Küsel, Kirsten )
• Operation of the central experimental sites (Antragsteller Matzner, Egbert )
• Processes of litter and soil organic matter transformation during extreme drying/wetting as assessed by compound-specific isotope approaches (Antragsteller Glaser, Bruno )
• Quantification and process analysis of biogenic trace gas fluxes (Antragsteller Gebauer, Gerhard )
• Response of belowground carbon, sulphur and iron cycling in fen soils (Antragsteller Blodau, Christian )
• Response of flow systems in soils to extreme atmosperical boundary conditions (Antragsteller Huwe, Bernd )
• Response of N turnover, DOC production and soil solution fluxes (Antragsteller Borken, Werner )
• Structural and Functional Links between Denitrifiers, Fermenters and Methanogens: Impact on Greenhouse Gases (Antragsteller Horn, Marcus A. )
• Structurally optimized modeling of non-linear effects of meteorological extreme events on water and solute dynamics (Antragsteller Fleckenstein, Jan )

Sprecher Professor Dr. Egbert Matzner