Rolle der organischen Bodensubstanz für die Wechselwirkungen zwischen Boden und Wasser

Das Team Soil Interfaces widmet sich dem Verständnis komplexer mechanistischer Zusammenhänge an umweltrelevanten biogeochemischen Grenzflächen vor allem im Boden, z.B. zwischen Mineralien und Oberflächen lebender und toter organischer Substanzen, und dieser zur Luft- und Wasserphase. Wir bestimmen die intrinsischen Eigenschaften dieser Grenzflächen und welchen Effekt deren Änderungen auf Bodenprozesse und physiko-chemische Bodeneigenschaften haben. Unsere Methoden reichen von nanoskaligen zu makroskaligen Ansätzen und ein Anliegen des Teams ist es, diese unterschiedlichen Skalen zu überbrücken.

Derzeitige Forschungsschwerpunkte

Wurzelexsudate und ihre Effekt auf die Rhizosphäre

Wir möchten den Einfluss dieser polymerern Substanzen auf Rhizosphäreneigenschaften verstehen. Wurzelexsudate und andere Exopolysaccharide haben spezielle Hydrogeleigenschaften die die Bodeneigenschaften stark verändern können. Wir entwickeln Methoden um die Bodenbiohydrogele sowohl chemisch und physikalisch zu charakterisieren als auch ihre Nanoeigenschaften mit Rasterkraftmikroskopie zu bestimmen. Wir untersuchen wie spezielle Hydrogeleigenschaften die Bodeneigenschaften beeinflussen z.B. die Bodenstruktureigenschaften mit Rheologie und die Wasserbindung im Boden durch Wasserverteilung und -mobilität durch Bodengefrier- und –taupunktbestimmung von unterschiedlichen Wasserfraktionen und -mengen.

Projekt MUCI-WETT-PATT

Die Rolle der Eigenschaften von bakteriellen Zelloberflächen auf die Bodenbenetzbarkeit

Wir untersuchen welche Rolle bakterielle Zellen und ihre Zellwandrückstände für die Dynamik von Benetzungseigenschaften im Boden unter unterschiedlichen Umweltbedingungen haben.

Projekt WetBac

Effekte invasiver Pflanzen auf die Bodenstrukturstabiltät

Ein in SystemLink eingebundenes Projekt untersucht wie anthropogene Einflüsse den Boden von Flussauen beeinflussen. Der Fokus liegt dabei auf invasive Pflanzen und Kupfersulfat das im Weinbau als Pestizid eingesetzt wird. Die Effekte dieser Stressoren werden anhand von Änderungen von hydraulischen Eigenschaften, von Abbauprozessen im Kohlenstoffkreislauf und von Partikelinteraktionen als Indikator für Bodenstabilität bewertet.

Der Effekt von Superabsorberpolymeren und deren räumlich-zeitliche Umwandlung auf Bodenprozesse

Dieser Forschungsbereich untersucht den Effekt von synthetischen und biologischen Superabsorberpolymeren (SAPs) auf Bodeneingeschaften und –prozesse. Dabei soll herausgefunden werden, inwieweit deren potenzielle Umwandlung in plastikähnliche feste Rückstände ihren ursprüngliche Zweck beeinflussen und ob deren angeführten Vorteile trotzdem erhalten bleiben, dauerhaft reduziert oder sogar ins Negative verkehrt werden. Dafür werden a) diverse Experimente zum Abbau und zur Transformation verschiedener gängiger SAPs unter unterschiedlichen Inkubationsbedingungen und in verschiedenen Böden durchgeführt, sowie b) das Verständnis zu wichtigen physiko-chemischen und grenzflächenchemischen Prozesse und Dynamiken erweitert.

Projekt TransSAPs

Auswirkungen und Effektivität von Weintrester als Bodendünger

Die Nutzung von Traubentrester als organischer Bodendünger im Weinbau findet breite Anwendung in Deutschland. Im Rahmen dieses Forschungsbereiches zielt unsere Arbeit darauf ab, das Risiko-Nutzen-Verhältnis von Traubentrester als Bodendünger zu untersuchen, wobei der Polyphenolgehalt, Mykotoxinkonzentration sowie Makro- und Mikronährstoffe in verschiedenen Traubentresterarten analysiert und deren Effekt auf wichtige Bodenparameter untersucht wird. Dazu zählen beispielsweise Nährstoffverfügbarkeit, Hydrodynamik und Zustand der Bodenmikrobiologie. Aktuell ist zu noch wenig über diese Mechanismen bekannt, sodass die nachhaltige Verwendung von Trester als nicht sicher bezeichnet werden muss.

Projekt GP-Soil

Methoden

Chemische Charakterisierung

• Monozucker (HPLC-UV)
• Kolorimetrische Lipid, Phenol und Enzyme Bestimmung mit Mikrotiterplatten (UV-VIS)
• Kationen (ICP-OES)
• Gesamtkohlenstoff und-stickstoff (TOC, CHNS)
• Fumigationsextraktion für mikrobiellen C und N Gehalt (TOC, UV-VIS)
• Thermische Eigenschaften organischer Bodensubstanz (TGA-DSC-MS)
• Nanoskalige Adhesionskräfte zwischen Oberflächen zu hydrophilen oder hydrophoben chemisch modifizierten Tips (Chemical force microscopy, CFM)

Physikalische Eigenschaften

• Viscositäöt (Rheometrie)
• Oberflächenspannung (De Nuoy-Ring-, Wilhelmy-Platten-, und Hängender-Tropfen-Methode)
• Kontaktwinkel (Kapillarer-Aufstiegs-, Wilhelmy-Platten- und Liegender-Tropfen-Methode)
• Wasserbindung (¹H-NMR Relaxometrie, DSC)
• Form, Verformung, Plastizität, Elastizität von einzelnen Bakterienzellen und Adhesion zu mineralischen Partikeln (PFQNM Methode und Kraft-Abstandskurven mit AFM)
• Nano- und mikroskalige Oberflächenrauhheit (AFM, ESEM)