Bodenkolloide können die Wechselwirkung gelöster Stoffe mit der immobilen Festphase beeinflussen. Über die Prozesse der Sedimentation, Flockung, Filtration und Deposition ist auch eine Rückkopplung in den Fluidtransport möglich. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, mit dem Werkzeug der systematischen prognostischen Simulation wesentliche Aspekte der kolloidbeeinflussten Stoff- und Fluiddynamik qualitativ und quantitativ zu untersuchen. Im Einzelnen sollen (i) die Freisetzung/Festlegung von Bodenkolloiden unter Berücksichtigung der Grenzfläche Bodenluft-Bodenwasser, (ii) die Veränderung des Porenraumes und die sich daraus ergebende Kopplung in den Bodenwasserfluss, sowie (iii) die Veränderung der Oberflächeneigenschaften der Festphase und die sich daraus ergebende Kopplung in den Stofftransport untersucht werden. Die Haupthypothese dieses Antrages ist, dass diese in die Modellvorstellung aufgenommenen Kopplungen sich nicht nur qualitativ, sondern in quantitativ signifikanter Weise in praxisrelevanten Situationen auswirken. Die Modellierung führt unter deterministischer Beschreibung der physikochemischen Mechanismen und auf der Basis der Massen-, Impuls- und Energieerhaltung auf Systeme zeitabhängiger nichtlinearer partieller Differentialgleichungen. Um das Modell für die Fragestellungen operationell zu machen, muss durch numerische Verfahren approximiert und diese in ein Softwarewerkzeug umgesetzt werden. Für jede der zu erreichenden Komplexitätsstufen ist ein Vergleich mit bestehenden experimentellen Datensätzen durchzuführen. Insbesondere sollen diese Datensätze genutzt werden, um durch inverse Modellierung eine realistische Parametrisierung des Modells zu erreichen.
Für humose Oberbodenhorizonte einer Boden-Toposequenz mit zunehmender Hydromorphie (Podsol-Gley = Niedermoor) sollen mittels neuentwickelter röntgenspektromikroskopischer Methoden (Sulfur K edge Near Edge X-Ray Absorption Fluorescence Spectroscopy; NEXAFS) sowie nasschemischer Verfahren die SchwefelBindungsformen erfasst und ihre jeweiligen Anteile am GesamtS-Pool der Böden quantifiziert werden. Die mikroskalige Heterogenität der S-Ausstattung der untersuchten Böden wird durch Gegenüberstellung der S-Ausstattung einzelner Bodenkolloide bzw. -mikroaggregate mit jener von homogenisiertem Bodenmaterial ('bulk soil') herausgearbeitet. Untersuchungsgegenstand ist eine Bodentoposequenz im Einzugsgebiet des Lehstenbaches im Fichtelgebirge. Der biogeochemische S-Umsatz in diesem Einzugsgebiet wird seit über einem Jahrzehnt vom Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung (BITÖK) intensiv untersucht; eine Differenzierung organischer S-Bindungsformen im Boden erfolgte mangels analytischer Möglichkeiten bislang nicht. Die geplanten Untersuchungen liefern daher nicht nur einen grundsätzlichen Erkenntniszuwachs zur S-Ausstattung von Böden unterschiedlicher Hydromorphie; sie schließen darüber hinaus eine Lücke bei der Beschreibung des biogeochemischen S-Kreislaufs in diesem Einzugsgebiet.
a) Die Nahrungsmittelversorgung und Gesunderhaltung der Kulturboeden ist von allgemeinem Interesse. Das Verhalten der Herbiziden (hier: Kartoffelherbizide) im Boden und in der Kulturpflanze zu kennen ist wichtig, um eventuellen Schaedigungen der Gesundheit und Umwelt vorzubeugen. b) Die Wirkungsdauer der genannten Herbizide, ihre Akkumulation im Boden und aufgrund der Adsorption an Bodenkolloide, ihre eventuelle Anreicherung in der Kulturpflanze und ein moegliches Auftreten toxischer Abbauprodukte soll beantwortet werden. c) Labor-, Gewaechshaus- und Freilanduntersuchungen.
Die Zielstellung dieses Projektes ist es, die Kolloidfraktion der Boeden und den Einfluss dieser Fraktion auf die Qualitaet von Boeden zu analysieren. Es sollen insbesondere Aussagen ueber die Struktur des sich aus den Bodenkolloiden aufbauenden Mikrogefueges, die Form und Groesse des Porenraumes, die Groesse und Gestalt der inneren und aeusseren Oberflaeche der Aggregate getroffen werden. Hierzu werden zum eine anthropogen wenig beeinflusste, ungestoerte Boeden sowie deren Bestandteile herangezogen, zum anderen wird der Einfluss aeusserer Stoerungen stofflicher und energetischer Natur gemessen. Des weiteren wird die Kolloidfraktion von Schadstoff-kontaminierten und dekontaminierten Boeden und verwandten Substraten untersucht.
Aus bodenchemischer Sicht muss die Untersuchung der organischen und anorganischen Bodenkolloide hauptsaechlich bezueglich ihrer Struktur und Oberflaecheneigenschften als Daueraufgabe angesehen werden, weshalb dafuer ein eigenes Projekt formuliert werden soll. Was die organischen Bodenkolloide anbetrifft, interessieren vor allem folgende Fragen: - Mobilisierung und Immobilisierung von Schwermetallen (Bildung loeslicher und unloeslicher Komplexe) wird geprueft in Modell- , Labor- und Feldversuchen. - Abbaubarkeit der organischen Substanz. Untersuchungen werden durchgefuehrt in Modell-, Labor- und Feldversuchen. Im Zusammenhang mit den anorganischen Bodenkolloiden stellt sich folgendes Problem: - Bedeutung von Tonmineralen und Sesquioxiden bei der Bindung von Schwermetallen. - Wie und wo sind die natuerlich im Boden vorkommenden Schwermetalle gebunden?