Physikalische Stabilisierung der organischen Bodensubstanz durch

Physikalische Stabilisierung der organischen Bodensubstanz
durch hydrophobe Grenzflächen
J. Bachmann, W.R. Fischer, M.-O. Göbel, S.K. Woche
Einführung:
Böden haben i.d.R. Kontaktwinkel zwischen 0° und 140° und sind daher häufig nicht vollständig benetzbar.
trocken
HYDROPHOB
Faktoren der physikalischen Stabilisierung:
Reaktivierung
hydrophober
Oberflächen
durch Wasserabgabe
Reduzierte Durchfeuchtung
Mikrobieller Abbau stark gehemmt
Feuchtestatus
des Bodens
Stabilisierung von Aggregaten
feucht θ<θ
θc
HYDROPHOB
Mikrobieller Abbau möglich
feucht/naß θ>θc
θ>θ
feucht / trocken
Reduzierung der Abbaubarkeit der org. Substanz
HYDROPHIL
HYDROPHIL
Bindung an die mineralische Phase
Arbeitshypothese:
Hydrophobie stabilisiert organische Substanz auf verschiedenen Skalenebenen
Aggregatskala
Profilskala
physikalisches
Prozessgeschehen
mobil
Siehe Poster
Tiefe
Sorption
stabilisierende Komponenten;
z.B. Fettsäuren(Gradienten) im
Aggregat: AG Leinweber
immmobil
(Steinkreuz)
outer surface
Siehe Poster
C
inner
surface
q = -k∇ψ
Hydrophobie auf Profilskala
θ
40
60
KW [°]
Retention
80
Sorptivität:
ψ
Charakterisierung
von Tiefenprofilen/
chemischen Komponenten,
z.B. Ligninabbaugrad:
AG Kögel-Knabner
Hydrophobie auf Aggregatskala
Biol. AG Horn
Aggregatstabilisierung:
AG Scheu
DOM Sorption/
Veränderung der
Grenzflächeneigenschaften:
AG Matzner
Physikalisch-struktureller Effekt
(Aggregierung)
Luvisol (Rotthalmünster)
Weizen 0-30 cm; Aggregate 2-4 mm
Chemisch-struktureller Effekt
(Messung an homogenem Boden)
150
Plaggen
Heath
intermediate Heath/Cambisol
Cambisol
120
CO2 kum [mg/100g Boden]
80
Inkubation: T = 20°C; Ψm = -40 kPa
-0.031346*t
Corg: 12.1 mg/g TS
CO2 kum = 86.27*(1-e
)
Kontaktwinkel: 65.5°
Fazit:
60
40
-0.020232*t
CO2 kum = 71.56*(1-e
20
)
Aggregate
Feinmaterial
0
0
90
10
20
30
40
Zeit [d]
60
100.0
99.8
C-Mineralisation: 0.9% nach 37 Tagen
99.6
30
0
20
40
CO2 mg/ Ctotal (140d)
60
C-Gehalt [%]
Kontaktwinkel [°]
Respirationsdaten von Springob et al. (2001)
99.4
99.2
99.0
98.8
Aggregate
Feinmaterial
98.6
98.4
0
10
C-Mineralisation: 1.4% nach 37 Tagen
20
Zeit [d]
30
40
• Hydrophobe Grenzflächen reduzieren die Sorptivität und
erhöhen dadurch die Stabilität von Aggregaten →
Kooperation mit AG Horn
• Die Aggregierung des Bodenmaterials verlangsamt die
Abbaukinetik der organischen Substanz
• Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel
und der Abbaubarkeit der organischen Substanz
• Sorption von DOM möglicherweise bevorzugt an
hydrophoben Partikeloberflächen → Kooperation mit AG
Matzner
• Möglicher Zusammenhang zwischen Abbaugrad (Qualität)
der organischen Substanz und dem Kontaktwinkel →
Kooperation mit AG Kögel-Knabner
• Möglicherweise besteht ein Zusammenhang zwischen
Quantität und Qualität der Fettsäurefraktionen und dem
Kontaktwinkel → Kooperation mit AG Leinweber