Isotopengeochemische Bestimmung von Phosphorverwitterungs-quellen und -flüssen in Waldökosystemen | Phosflux

Abb. 1: Bohrung durch die Verwitterungszone in unverwittertes Grundgestein in 20 m Tiefe, Schwarzwald.
Abb. 1: Bohrung durch die Verwitterungszone in unverwittertes Grundgestein in 20 m Tiefe, Schwarzwald. (Foto: D. Uhlig)
Abb. 2: Ein konzeptionelles Waldökosystem, das den "geogenen Nährstoffkreislauf" und den "organischen Nährstoffkreislauf" darstellt.
Abb. 2: Ein konzeptionelles Waldökosystem, das den "geogenen Nährstoffkreislauf" und den "organischen Nährstoffkreislauf" darstellt. (Grafik aus Uhlig et al. 2019)

Die Primärproduktivität von Waldökosystemen hängt von der Verfügbarkeit pflanzenwichtiger Mineralnährstoffe ab. In Waldökosystemen der gemäßigten Breiten kommt es jedoch zu einem permanenten Nährstoffverlust durch i) Erosion von Pflanzenstreu, ii) Drainage von gelösten Stoffen die aus der Auflösung silikatischer Minerale und der Pflanzenstreu stammen, und iii) schnelle Immobilisierung von pflanzenwachstumslimitierenden Mineralnährstoffen wie Phosphor (P) und Kalium (K) durch Okkludierung bzw. Fixierung im Boden.

In diesem „Critical Zone“ Projekt haben wir die Verwitterung in der Tiefe (bis zu 20 m Tiefe) und den Mineralstoffkreislauf in zwei montanen, gemäßigten Waldökosystemen in Süddeutschland (Schwarzwald, Bayerischer Wald) quantifiziert. Wir haben Inventare, Verweilzeiten und Flüsse von Makronährstoffen (K, Ca, Mg, P) gemessen. Außerdem haben wir die Tiefe der Nährstoffaufnahme anhand der Isotopenverhältnisse 87Sr/86Sr und 10Be(meteorisch)/9Be bestimmt. Wir fanden Hinweise auf einen schnellen, oberflächennahen "organischen Nährstoffkreislauf" und einen langsamen, tiefen "geogenen Nährstoffpfad". Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass die begrenzte Größe des Nährstoffpools in der Humusauflage des Bodens nur wenige Jahre anhält und das der Nährstoffverlust aus der Humusauflage durch die Aufnahme von Nährstoffen aus dem großen Pool biologisch verfügbarer Mineralnährstoffe im mehreren Meter tiefen Regolith ausgeglichen wird. Schließlich haben wir festgestellt, dass der organische Nährstoffkreislauf offenbar die Effizienz der Wiederverwendung von Nährstoffen aus organischem Material (Nährstoffrecycling) reguliert, um dadurch Unterschiede in der Nährstofffreisetzung durch chemische Verwitterung im tiefen geogenen Nährstoffpfad auszugleichen und so die langfristige Ernährung des Waldökosystems sicherzustellen.

Kontakt

2013 - 2016

DFG “Ecosystem Nutrition: Forest Strategies for limited Phosphorus Resources” (SPP 1685)

  • Uhlig, D., Sohrt, J., von Blanckenburg, F. 2024. Imbalances in dissolved elemental export fluxes disclose "hidden" Critical Zone compartments. Water Resources Research, 60, 6, e2023WR035517. https://doi.org/10.1029/2023WR035517
  • Cai, D., Henehan, M. J., Uhlig, D., von Blanckenburg, F. 2024. Lithium isotopes in water and regolith in a deep weathering profile reveal imbalances in Critical Zone fluxes. Geochimica et Cosmochimica Acta, 369, 213-226. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.01.012
  • Cai, D., Henehan, M., Uhlig, D., von Blanckenburg, F. 2022. Mg isotope composition of runoff is buffered by the regolith exchangeable pool. Geochimica et Cosmochimica Acta, 321, 99-114, doi.org/10.1016/j.gca.2022.01.011
  • Uhlig, D., Amelung, W., von Blanckenburg, F. 2020. Mineral nutrients sourced in deep regolith sustain long‐term nutrition of mountainous temperate forest ecosystems. Global Biogeochemical Cycles, 34, 9, doi.org/10.1029/2019GB006513
  • Uhlig, D., Goldberg, T., Frick, D. A., von Blanckenburg, F. 2020. Quantifying beryllium concentrations in plant shoots from forest ecosystems using cation‐exchange chromatography and quadrupole ICP‐MS. Analytical Science Advances, 1, 1-14, doi.org/10.1002/ansa.202000036
  • Uhlig, D., & von Blanckenburg, F. 2019. How slow rock weathering balances nutrient loss during fast forest floor turnover in montane, temperate forest ecosystems. Frontiers in Earth Science, 7, 159, doi.org/10.3389/feart.2019.00159

Zugehörige Datenpublikationen

  • Uhlig, D., Sohrt, J., von Blanckenburg, F. 2024. Major and trace element concentrations in Critical Zone water compartments in the Conventwald. GFZ Data Services. doi:10.5880/fidgeo.2023.020
  • Cai, D., Henehan, M., Uhlig, D., von Blanckenburg, F. 2022. Dataset on Biogeochemical cycling of Mg and Li isotopes in the Conventwald (the Black Forest, Germany). GFZ Data Services, doi.org/10.5880/GFZ.3.3.2021.005
  • Uhlig, D., Amelung, W., & von Blanckenburg, F. 2020. Chemical and isotope data on the deep regolith’s source of mineral nutrients in mountainous temperate forest ecosystems. GFZ Data Services, doi.org/10.5880/GFZ.3.3.2020.002
  • Uhlig, D., von Blanckenburg, F. 2019. Geochemical and isotope data on rock weathering, and nutrient balances during fast forest floor turnover in montane, temperate forest ecosystems. GFZ Data Services, doi.org/10.5880/GFZ.3.3.2019.004

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