Jahresbericht 2018-2019

Forschungsschwerpunkte  Vorsorgender und nachsorgender Boden- und Grundwasserschutz unter den Bedingungen des Klima– und Landnutzungswandels  Trägervermittelter (Schad-)Stofftransport in natürlichen permeablen Systemen  Bildung und Alteration mineralorganischer Mischphasen und Mikroaggregate  Kolloide und Biokolloide in natürlichen permeablen Systemen  Biogeochemische Kreisläufe und Reaktionen an biogeochemischen Grenzflächen  Modellentwicklung und numerische Simulation von Fluidfluss, Strukturbildung und reaktivem Stofftransport und deren komplexer Kopplungen Mikroaggregate sind in etwa staubkorngroße, aus diversen mineralischen und biotischen Komponen- ten gebildete und durch natürliche organische „Klebstoffe“ stabilisierte, dreidimensionale, poröse Strukturen, die sich im Zuge der Bodenbildung aus dem Ausgangsgestein unter dem Einfluss von Klima- und Lebewesen im Boden bilden oder gebil- det haben (Abb. 1). Sie sind ein, wenn nicht der wichtigste Lebensraum für Mikroorganismen in Böden und grundlegend für die Speicherung, Um- wandlung und den Transport von Kohlenstoff und Wasser sowie zahlreicher Nähr- und Schadstoffe. Die Bedeutung des Bodens als größter terrestri- Die DFG-Forschungsgruppe RU 2179 MAD Soil: Bedeutung der Mikroaggregate für Bodenfunktionen scher Kohlenstoffspeicher – und damit für die Entwicklung von atmosphärischem Kohlendioxid und Methan – hängt entscheidend von der Struk- tur und dem zukünftigen Schicksal der Mikroag- gregate ab. Im Rahmen der von der DFG geförder- ten Forschungsgruppe MAD Soil, die am LS für Hydrogeologie koordiniert wird, beschäftigen wir uns mit der Bildung, Reifung und Umwandlung von Mikroaggregaten in landwirtschaftlich genutzten Böden. Sie sind grundlegende Elemente für die Fruchtbarkeit von Böden und damit für die land- wirtschaftlichen Erträge. Sie sind aber auch von zentraler Bedeutung für die Filter-, Puffer-, und Speicherfunktion von Böden. Das Wissen um die Bildung, Eigenschaften und Transformation der Mikroaggregate ist jedoch noch lückenhaft. Das liegt zu einem großen Teil daran, dass die für eine zerstörungsfreie Untersuchung notwendigen Tech- niken für diese submikronskaligen, komplex auf- gebauten und dreidimensional strukturierten Ob- jekte bisher nicht zur Verfügung standen. In der Forschungsgruppe verfolgen wir daher einen komplementären experimentellen und theoreti- schen Ansatz zum Verständnis der Bildungs- und Alterationssprozesse in vitro, in vivo und in silico. Mehr Information unter www.madsoil.uni-jena.de . [1] Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R., Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel- Knabner I. (2018) Microaggregates in soils. J. Pl. Nutr. Soil Sci. 181(1), 104-136. doi:10.1002/jpln.201600451. [2] Ritschel, T., Totsche, K.U. (2019). Modeling the formation of soil microaggregates. Comput. Geosci. 127, 36-43. doi: 10.1016/j.cageo.2019.02.010. Abb. 1. Simulation der Bildung der expliziten drei- dimensionalen Struktur eines Mikroaggregates aus einer wässrigen Suspension, wie sie typischerweise in Böden, Sedimenten, bzw. Aquiferen auftritt. Lehrstuhl für Hydrogeologie Prof. Dr. Kai Uwe Totsche 128 — FORSCHUNG