Research Group FOR 562 soil processes
Goldberg, S; Knorr, KH; Gebauer, G: Isotopen- und Konzentrationsprofile von Spurengasen in Böden - ein neuer Weg zur Identifikation biogener Prozesse
Poster, Annual Meeting of the German Association for Stable Isotope Research, Bayreuth: 2007-10-08 - 2007-10-10
Abstract:
Nach Kohlenstoffdioxid zählen Methan und Distickstoffmonoxid zu den bedeutendsten Spurengasen mit klimarelevanter Wirkung. Etwa 70% der globalen N2O-Emission und zirka ein Drittel der weltweiten CH4-Emissionen entstammen biogenen Prozessen in Böden. Beide Gase können im Boden durch biogene Prozesse sowohl produziert als auch konsumiert werden: CH4 durch Acetat-Fermentation und CO2-Reduktion bzw. CH4-Oxidation; N2O durch Nitrifikation und Denitrifikation. Die oberirdisch gemessenen CH4- und N2O-Flüsse zwischen Boden und Atmosphäre setzen sich aus den verschiedenen Prozessen zusammen, die simultan in verschiedenen Tiefen im Bodenprofil ablaufen können. Die stetig anwachsende Zahl von Feldmessungen verdeutlicht eine enorme Variationsbreite der in-situ-Flussraten in allen bislang untersuchten Ökosystemen, so dass verlässlichere Abschätzungen der Quell- bzw. Senkenstärken nur über ein verbessertes Verständnis der Entstehungs- und Konsumptions-Prozesse erreicht werden können. Um Gasflussmessungen zwischen Boden und Atmosphäre kausal erklären zu können und die Gas-Produktion bzw. Konsumption im Boden lokalisieren zu können, wurde ein neuer Weg genutzt. In den Böden zweier Ökosysteme (Fichtenwald und Niedermoor) im Fichtelgebirge (NO Bayern, Deutschland) wurden in 6 Bodentiefen (etwa 6 bis 70 cm Bodentiefe) Bodenluftsammler installiert. Parallel zu Gasmessungen konnten so Bodenluftproben entnommen und die N2O-Konzentrationen, δ15N- und δ18O-Werte des N2O sowie die CH4-Konzentrationen und die δ13C-Werte des CH4 im Bodenprofil mit Hilfe von PreCon-GC-IRMS analysiert werden. Im Fichtenwald nahm die N2O-Bildung mit zunehmender Bodentiefe zu, wobei Produktion und Konsumption parallel abliefen. N2O-Konzentrations- und Isotopenmessungen im Moorprofil zeigten, dass N2O im Moorkörper gebildet, jedoch der Großteil zu N2 weiterreduziert wird. Die Konzentrationsgradienten (zwischen 200 und 2000 ppb) schlugen sich in den N2O-Isotopensignaturen nieder, wobei die Spannbreite im Gegensatz zum Waldstandort relativ gering war. Zur Bodenoberfläche hin nahmen die N2O-Konzentrationen in der Regel zu, während die Isotopensignaturen zu negativeren Werten abfielen. Es ist daraus zu folgern, dass N2O-Bildung im Niedermoor überwiegend oberflächennah stattfindet. Die Isotopendaten ließen sich für beide Standorte nur durch Denitrifikation als dominierenden Prozess erklären. Hinsichtlich des Methans zeigten die Konzentrationsmessungen im Bodenprofil, dass im Fichtenwald im gesamten Bodenprofil unter Umgebungsluft liegende CH4-Konzentrationen herrschten. Die CH4-Senkenfunktion dieses Bodens wurde auch durch δ13C-Werte des bodenbürtigen Methans belegt. Im Moor nimmt die Methankonzentration mit zunehmender Bodentiefe zu. Als Entstehungsprozess konnte anhand der Isotopendaten CO2-Reduktion identifiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Konzentrations- und Isotopenprofile einen wichtigen Beitrag zum kausalen Verständnis biogener Produktions- und Konsumptionsprozesse von Spurengasen liefern.
Poster, Annual Meeting of the German Association for Stable Isotope Research, Bayreuth: 2007-10-08 - 2007-10-10
Abstract:
Nach Kohlenstoffdioxid zählen Methan und Distickstoffmonoxid zu den bedeutendsten Spurengasen mit klimarelevanter Wirkung. Etwa 70% der globalen N2O-Emission und zirka ein Drittel der weltweiten CH4-Emissionen entstammen biogenen Prozessen in Böden. Beide Gase können im Boden durch biogene Prozesse sowohl produziert als auch konsumiert werden: CH4 durch Acetat-Fermentation und CO2-Reduktion bzw. CH4-Oxidation; N2O durch Nitrifikation und Denitrifikation. Die oberirdisch gemessenen CH4- und N2O-Flüsse zwischen Boden und Atmosphäre setzen sich aus den verschiedenen Prozessen zusammen, die simultan in verschiedenen Tiefen im Bodenprofil ablaufen können. Die stetig anwachsende Zahl von Feldmessungen verdeutlicht eine enorme Variationsbreite der in-situ-Flussraten in allen bislang untersuchten Ökosystemen, so dass verlässlichere Abschätzungen der Quell- bzw. Senkenstärken nur über ein verbessertes Verständnis der Entstehungs- und Konsumptions-Prozesse erreicht werden können. Um Gasflussmessungen zwischen Boden und Atmosphäre kausal erklären zu können und die Gas-Produktion bzw. Konsumption im Boden lokalisieren zu können, wurde ein neuer Weg genutzt. In den Böden zweier Ökosysteme (Fichtenwald und Niedermoor) im Fichtelgebirge (NO Bayern, Deutschland) wurden in 6 Bodentiefen (etwa 6 bis 70 cm Bodentiefe) Bodenluftsammler installiert. Parallel zu Gasmessungen konnten so Bodenluftproben entnommen und die N2O-Konzentrationen, δ15N- und δ18O-Werte des N2O sowie die CH4-Konzentrationen und die δ13C-Werte des CH4 im Bodenprofil mit Hilfe von PreCon-GC-IRMS analysiert werden. Im Fichtenwald nahm die N2O-Bildung mit zunehmender Bodentiefe zu, wobei Produktion und Konsumption parallel abliefen. N2O-Konzentrations- und Isotopenmessungen im Moorprofil zeigten, dass N2O im Moorkörper gebildet, jedoch der Großteil zu N2 weiterreduziert wird. Die Konzentrationsgradienten (zwischen 200 und 2000 ppb) schlugen sich in den N2O-Isotopensignaturen nieder, wobei die Spannbreite im Gegensatz zum Waldstandort relativ gering war. Zur Bodenoberfläche hin nahmen die N2O-Konzentrationen in der Regel zu, während die Isotopensignaturen zu negativeren Werten abfielen. Es ist daraus zu folgern, dass N2O-Bildung im Niedermoor überwiegend oberflächennah stattfindet. Die Isotopendaten ließen sich für beide Standorte nur durch Denitrifikation als dominierenden Prozess erklären. Hinsichtlich des Methans zeigten die Konzentrationsmessungen im Bodenprofil, dass im Fichtenwald im gesamten Bodenprofil unter Umgebungsluft liegende CH4-Konzentrationen herrschten. Die CH4-Senkenfunktion dieses Bodens wurde auch durch δ13C-Werte des bodenbürtigen Methans belegt. Im Moor nimmt die Methankonzentration mit zunehmender Bodentiefe zu. Als Entstehungsprozess konnte anhand der Isotopendaten CO2-Reduktion identifiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Konzentrations- und Isotopenprofile einen wichtigen Beitrag zum kausalen Verständnis biogener Produktions- und Konsumptionsprozesse von Spurengasen liefern.
