Redoxprozesse in Böden

 

Aktuelle Projekte

“Changes in the mineral assemblage of paddy soils upon redox cycles”, Teilprojekt (P1) der DFG Forschergruppe 995 “Biogeochemistry of Paddy Soil Evolution” (2008 – 2011, Projektphase 1)

Rund 11% der landwirtschaftlichen Fläche weltweit werden für den 2000 Jahre alter Nassreisboden, Zhejiang, ChinaAnbau von Reis (Oryza sativa L.) genutzt. Wichtigstes Anbausystem ist hierbei der Nassreisanbau mit periodischer Überflutung der Felder. Infolgedessen werden die Böden sowohl zeitlichen als auch räumlichen Redoxschwankungen unterworfen. Ziel des Projekts ist es, Langzeitauswirkungen des Nassreisanbaus auf Mineraltransformation und die Zusammensetzung der Bodenlösung aufzuklären. Wir nehmen an, dass die Dauer des Nassreisanbaus die Standorte entsprechend ihrer Redoxdynamik separiert, was sich in der Zusammensetzung des Mineralbestands, der Bodenlösung und der Akkumulation von organischer Substanz widerspiegelt. Die Untersuchungen werden im Jangtse-Deltagebiet (Zhejiang, China) entlang einer Chronosequenz  von Nassreisböden und nicht-bewässerter Vergleichsflächen gleichen Ausgangsmaterials durchgeführt. Ausgewählte Standorte (100 bis 2000 Jahre Nassreisanbau) werden hinsichtlich ihrer Unterschiede im Mineralbestand und der Variabilität der Bodeneigenschaften untersucht. Die Charakterisierung der Mineralphasen erfolgt mittels XRD, ergänzt durch Mößbauerspektroskopie zur Kennzeichnung der Fe-haltigen Mineralphasen, sowie nasschemischen Extraktionsverfahren. Darüber hinaus erfolgen Feldversuche zur Messung der Redoxverhältnisse und Zusammensetzung der Bodenlösung sowie Verwitterungsexperimente mit Testmineralen über mehrere Anbauzyklen. Durch die Zusammenführung der Ergebnisse erhoffen wir uns ein besseres Verständnis von Mineraltransformationen in Böden durch Redoxschwankungen.

Leitung: Prof. Dr. Reinhold Jahn (Bodenkunde, Universität Halle-Wittenberg), Prof. Dr. Sabine Fiedler; Mitarbeit: Vanessa Vogelsang

 

“Dissolved organic matter driven changes in minerals and organic-mineral interactions during paddy soil development“, Teilprojekt (P1) der DFG Forschergruppe 995 “Biogeochemistry of Paddy Soil Evolution” (2012 – 2015, Projektphase 2)

Voruntersuchungen deuten an, dass Entwicklung und Biogeochemie von Nassreisböden vom  Ausgangsmaterial, also dem ursprünglichen Bodentyp abhängen. Das beantragte Forschungsprojekt zielt auf die durch Redoximorphose verursachten Veränderungen im Mineralbestand und von mineral-assoziierter organischer Substanz. Dazu sollen Bodenproben einer Abfolge von Redoxzyklen unterworfen werden. Ziel ist Bildung und Entwicklung von Nassreisböden im Labor experimentell zu untersuchen. Die ausgewählten Bodentypen werden ein weites Spektrum an Eigenschaften sowie unterschiedliche Entwicklungsstufen zu Nassreisböden aufweisen. Wir vermuten, dass gelöste organische Substanz ein Schlüsselfaktor der redox-induzierten Umwandlung zu Nassreisböden ist. Sie dient als Elektronendonator und interagiert mit Metallionen und Mineralen. Das Ausmaß der Effekte sollte von Mineralbestand und der organischen Substanz (sowie deren Wechselwirkungen) des Ausgangsbodens abhängen. Die experimentelle Nassreisboden-Bildung wird durch Untersuchungen der Bodenlösung, der Umverteilung von Kohlenstoff (unter Verwendung 13C-markierten Reisstrohs), von Biomarkern (Zucker, Aminosäuren, Fettsäuren, Lignin) und von Mineralen (einschließlich des Redoxzustands von Fe) verfolgt. Die Analyse der organischen Substanz als auch der Minerale wird außerdem mit EXAFS und XPS erfolgen; für Fe-haltige Minerale planen wir den Einsatz von Mößbauer-Spektroskopie. Unser Konzept einer experimentellen Pedologie verspricht eine umfassende Verbesserung des Verständnisses der Hauptfaktoren der Bildung und Entwicklung von Nassreisböden.

Leitung: Dr. Klaus Kaiser, Prof. Dr. Reinhold Jahn (Bodenkunde, Universität Halle-Wittenberg), Prof. Dr. Sabine Fiedler; Mitarbeit: Pauline Geier (Bodenkunde, Universität Halle-Wittenberg) in Kooperation mit Prof. Dr. Karsten Kalbitz (Earth Surface Sciences, University of Amsterdam)