Räumlich explizite Modellierung von Energie und Stoffflüssen in Böden (MicroMod)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nadja Ray
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554738361

Die Stabilisierung von Kohlenstoff in Böden wird von dem Eintrag von organischem Material und dessen Weg hin zur Mineralisierung bestimmt. Sie hängt stark von Randbedingungen wie den Bodeneigenschaften oder der Substratqualität ab. In diesem Projekt ergänzen wir die experimentellen Untersuchungen des SPP durch mathematische Modellierung und numerische Simulationen. Wir befassen uns mit der zeitgleichen dynamicshen Umstrukturierung des Bodens und den Kohlenstoff- und Energieströmen in einer räumlich und zeitlich expliziten Weise, d.h. wir fokusieren unsere Untersuchungen auf die Mikrometerskala, auf der die Prozesse ablaufen. Auf diese Weise können wir die Heterogenität des Bodens, die physikalisch-chemischen Okklusion und die thermodynamische Stabilisierung berücksichtigen. Die Ergebnisse unserer Simulationsstudien ermöglichen es, hot/cold spots/moments des Stoff- und Energieumsatzes zu quantifizieren und zu lokalisieren. Darüber hinaus können wir diese Erkenntnisse mit Regionen von hoher struktureller Dynamik verknüpfen. Wir tragen damit zu einem mechanistischen Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse bei und geben Einblicke in den Priming-Effekt, der die bevorzugte Zersetzung nativer Kohlenstoffquellen nach der Zugabe frischer Kohlenstoffquellen beschreibt, und den Entombing-Effekt, d.h. den Aufbau und die anschließende Stabilisierung von Nekromasse und Folgeprodukten. Schließlich übertragen wir das Wissen von der Mikroskala auf eine größere Skala und untersuchen die Rolle der Bodenheterogenität und der Konnektivität des Porenraums für den Nährstoff- und Wassertransport sowie die Freisetzung von Kohlendioxid und Wärme. Wir leisten auch einen Beitrag zum Verständnis des Birch-Effekts, d. h. der verstärkten MIneralisierung bzw. Kohlenstoffdioxidausstoß nach Wiederbefeuchtung.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Internationaler Bezug: Schweden
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Eva Lehndorff; Dr. Alexander Prechtel
• Kooperationspartner: Professor Stefano Manzoni, Ph.D.