Mechanismen der Festlegung von phenolischem Kohlenstoff im Boden (UBC)
Projektlaufzeit: 2000-2006
Leitung:
Prof. Dr. rer. nat. Andreas Schäffer
Bearbeitung:
Auftraggeber:
DFG Schwerpunktprogramm 1090 "Böden als Quelle und Senke für CO2 – Mechanismen und Regulation der Stabilisierung organischer Substanz in Böden"
Hintergrund:
Natürliche monomere Phenole und phenolische Säuren im Boden werden als Vorstufen von Huminstoffen angesehen. Diese Substanzen sind leicht abbaubar und werden zum Teil in der organischen und anorganischen Bodenmatrix festgelegt. Diese Festlegung ist stark abhängig von Art und Eigenschaften der Bodenmatrix, die sowohl durch Huminstoffe als auch durch mineralische Bestandteile, mikrobielle Aktivität und Makrofauna des Bodens charakterisiert ist. Dabei laufen biotische ebenso wie abiotische Prozesse ab.
Die Wechselwirkungen der 14C- und 13C-Ring markierten Modellsubstanzen Catechol, Ferulasäure und Kaffeesäure mit bodenbürtigen Huminstoffen und mineralischen Bodenbestandteilen werden mittels Gleichgewichtsdialyse und Bodeninkubation unter kontrollierten Bedingungen untersucht. Dies umfasst den Abbau der monomeren Phenole, die Art ihrer Immobilisierung (kovalente Bindung oder physiko-chemischer Einschluss) und die chemische Struktur des so stabilisierten Kohlenstoffs.
Der Einsatz 14C-markierter Substanzen ermöglicht die Aufstellung einer Bilanz über extrahierbare, gebundene und mineralisierte Anteile des phenolischen Kohlenstoffs. Ebenso kann hierdurch die räumliche Verteilung der gebundenen Rückstände über die anorganischen und organischen Komponenten des Bodens bestimmt werden.
Der Bindungstyp der phenolischen Rückstände in der organischen oder anorganischen Matrix wird durch Silylierung mit anschließender Größenausschlusschromatographie bestimmt. Zur chemischen Strukturaufklärung der gelösten und der gebundenen Rückstände werden 13C-NMR und GC-MS heran gezogen. Zusätzlich wird eine Syntheseweg für die Seitenkettenmarkierung von zwei der phenolischen Modellsubstanzen (Ferula- und Kaffeesäure) entwickelt.
In Zusammenarbeit mit PD Dr. Brune (Konstanz) erforschen wir den Einfluss der Fraßaktivität und der Darmpassage Humus verzehrender Makrofauna auf die Umwandlung und Festlegung dieser Phenole.
Studien zur Umsetzung der phenolischen Komponenten zu mikrobieller Biomasse werden zusammen mit Prof. Dr. Michaelis (Hamburg) durchgeführt, um hierbei den Einfluss dieser mikrobiellen Biomasse auf das Inventar refraktärer Substanzen im Boden zu untersuchen.