Redoxinduzierte Mobilisierung von DOC aus fließgewässerbegleitenden Feuchtgebieten

Description: Fließgewässerbegleitende Feuchtgebiete sind wichtige Quellen für gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) im Gebietsabfluss. Während der letzten Jahrzehnte stiegen in vielen nördlichen Einzugsgebieten die DOC Konzentrationen im Abfluss, mit Folgen für die Gewässergüte und Kohlenstoffspeicherung in den Gebieten. Mögliche Ursachen der DOC Trends werden derzeit intensiv diskutiert. In Böden ist organischer Kohlenstoff (C) häufig mit Oxiden/Hydroxiden des Eisens (Fe) assoziiert, was C unter oxischen Bedingungen immobilisiert. Unter anoxischen Bedingungen kann C durch reduktive Auflösung der Fe-Phasen und/oder eine redoxbedingte Erhöhung des pH remobilisiert werden. Diese Vorgänge wurden zwar im Labor - vor allem für Mineralböden - untersucht, jedoch ist die Bedeutung für organisch geprägte Böden sowie die DOC-Dynamik im Gebietsabfluss noch weitestgehend unklar. Wir führen dies auf mangelnde Untersuchungen zurück, welche diese Prozesse in Einzugsgebieten von der DOC-Quelle bis ins Gewässernetz mit geeigneten experimentellen und Modelltechniken verfolgen. Ziel des Projektes ist daher ein Prozessverständnis der Interaktionen von DOC, Fe und pH für Einzugsgebiete zu entwickeln, die durch einen wesentlichen Anteil gewässerbegleitender Feuchtgebiete geprägt sind. Die zentrale Hypothese ist, dass der mobilisierbare DOC-Pool in gewässerbegleitenden organischen Böden hauptsächlich durch Redoxprozesse beeinflusst wird, insbesondere durch Fe-Reduktion sowie durch redoxbedingte Änderungen des pH. Wir postulieren einen Zusammenhang der DOC-Dynamik im Gebietsabfluss und der Änderung der Grundwasserstände/Bodentemperaturen in den Feuchtgebieten, weil letztere die Redoxbedingungen maßgeblich beeinflussen. Im Projekt wird ein kombinierter Ansatz verfolgt, mit (A) experimentellen Untersuchungen entlang von Transekten aus den Feuchtgebieten bis ins Gewässer, wobei molekulare DOC Signaturen als Tracer für Mobilisierungsprozesse verwendet werden und (B) der Anwendung von neueren Methoden zur Detektion kausaler Wechselwirkungen aus Monitoringdaten. Das Projekt ist vorwiegend im Krycklan Einzugsgebiet in Nordschweden geplant, für das lange Zeitreihen sowie eine sehr gute Infrastruktur existieren. Das Prozesswissen aus Krycklan soll mit Hilfe von Bayes'schen Netzen auf deutsche Einzugsgebiete übertragen werden, wo komplementäre Studien durchgeführt werden und Kooperationen bestehen. Das 3-jährige Forschungsprojekt soll mit einem Doktorand*innen in einer Kooperation der Uni Münster, der Berliner Hochschule für Technik (BHT), des UFZ Leipzig/Magdeburg, der Schwedischen Uni für Agrarwissenschaften in Umeå und der Uni Bayreuth durchgeführt werden. Während die/er Doktorand*in für die experimentellen und die Laboruntersuchungen zuständig ist, obliegen PI Selle (BHT) die Modellierungsarbeiten und die Übertragung der Erkenntnisse aus Schweden auf deutsche Einzugsgebiete; gemeinsam wird schließlich eine Integration und Synthese von Projektergebnissen erreicht.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Gelöster organischer Kohlenstoff ? Flusssystem ? Hydroxid ? Lack ? Eisen ? Organischer Kohlenstoff ? Berlin ? Schweden ? Tracer ? Feuchtgebiet ? Hydrogeologie ? Kohlenstoffsenke ? Agrarwissenschaften ? Mineralboden ? Monitoringdaten ? Einzugsgebiet ? Gewässerqualität ? Hydrochemie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Studie ? Zeitreihe ? Forschungsprojekt ? Hydrologie ? Mineral ? Laboruntersuchung ? Gewässeruntersuchung ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Nordrhein-Westfalen Saxony Berlin

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895° 13.25° .. 13.25° x 51° .. 51°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Berliner Hochschule für Technik, Fachbereich III Bauingenieur- und Geoinformationswesen (Projektverantwortung)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Analytik (Projektverantwortung)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Seenforschung (Mitwirkung)
• Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Forest Ecology and Management (Mitwirkung)
• Swedish University of Agricultural Sciences, Forest Landscape Biogeochemistry (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Landschaftsökologie (Projektverantwortung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2025-08-18

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Redox induced mobilisation of DOC from riparian wetlands
  Description: Riparian wetlands are major sources of dissolved organic carbon (DOC) to streams. Increasing DOC concentrations were observed for many northern streams during the last decades, with potential implications for carbon (C) storages of wetland soils and streamwater quality. Drivers behind these trends, and particularly the significance of redox processes in wetland soils, are still incompletely understood. In soils, organic C is often associated with or bound to iron (oxy) hydroxides. These associations of iron (Fe) and organic C may immobilise and protect soil organic matter from mineralisation under oxic conditions. However, organic C can be remobilised if ferric Fe is reduced under anoxic conditions or if redox mediated changes in pH increase its solubility. Redox processes are therefore presumably important drivers of DOC dynamics in both wetland soils and the adjacent streams. While Fe-C-associations and their response to redox processes were investigated for mineral soils, we lack information about riparian organic soils and at catchment scales. To address this knowledge gap, experimental catchment studies are needed that trace these processes from the source areas of DOC to the stream network; and modelling techniques able to extract causal links from observational data need to be applied. The objective of this project is thus to mechanistically understand the interplay between DOC, Fe, and pH for boreal and temperate catchments featuring riparian wetlands. We hypothesise that in-stream DOC concentrations are mainly driven by redox conditions within riparian organic soils, where DOC mobilisation is controlled by reduction of DOC associated Fe, and by redox mediated changes in pH. We further propose that these DOC mobilising redox conditions are controlled by fluctuations of water tables and temperature. We propose to combine (A) the investigation of water along wetland-to-stream transects, looking at DOC molecular signatures that indicate specific mobilisation processes and (B) novel causal discovery methods to trace mobilisation and transport processes of DOC across scales. The proposed study site is the Krycklan catchment in northern Sweden, providing long data records and excellent field infrastructure for the proposed experimental and modelling work. Process understanding obtained at Krycklan is planned to be transferred to German catchments using Bayesian networks. At the latter sites, complementary research is conducted and a collaboration is intended. The 3-year project shall be conducted with a doctoral student in a cooperation of Uni Münster, BHT Berlin, UFZ Leipzig/Magdeburg, the Swedish Uni of Agricultural Sciences in Umeå, and Uni Bayreuth. While the student focuses on experimental work and data analysis in Krycklan and the labs at Münster/Leipzig, PI Selle (BHT) models monitoring and experimental data, and transfers models from Krycklan to German catchments. The entire team ultimately integrates knowledge and creates a synthesis. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138715

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/502259606 (Webseite)

Status

Aktiv

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