Möglichkeiten und Grenzen der substanzspezifischen Stabilisotopenanalyse (δ13C) in der Bodenkunde
Presenting person: Dr. Bruno Glaser, Lehrstuhl für Bodenkunde, Universität BayreuthTh. 2004-10-28 (16:15), H6
Stabilisotope sind ideale Tracer für Herkunft, Verweilzeit und Umsatzprozesse organischer Verbindungen in der Umwelt. Ihr Einsatz hat in der Bodenkunde zu beachtlichem Erkenntniszuwachs geführt. Seit einigen Jahren ist es nun möglich, nicht nur die Feinerde < 2mm auf Stabilisotope (δ13C, δ15N etc.) zu untersuchen, sondern auch Einzelsubstanzen. Nach einer methodischen Einführung werden im Vortrag anhand von drei ausgewählten Beispielen die Möglichkeiten und Grenzen dieses Verfahrens vorgestellt und diskutiert.
Fallbeispiel 1 liegt die Frage zum Ausmaß der C-Sequestrierung nach Gülle-Applikation zugrunde. Dabei wird der Vorteil von Stabilisotopenanalysen gegenüber konventionellen TOC-Messungen, aber auch deren Grenzen dargestellt sowie die Unterschiede zwischen pool- und substanzspezifischen Stabilisotopenanalysen erläutert. Im 2. Fallbeispiel kommen diese Erkenntnisse zum Einsatz, um mittels substanzspezifischer δ13C-Werte von terrestrischen, aquatischen und mikrobiellen Biomarkern in einem subhydrischen Boden die spätglaziale und holozäne Klima- und Landschaftsentwicklung im Gorkha Himal, Nepal, zu rekonstruieren. Die Ergebnisse belegen eine Dominanz von C4-Gräsern am Beginn des Spätglazials, während das Holozän durch C3-Vegetation geprägt ist. Der Beitrag aquatischer Biomasse sowie von Methanogenese ist vernachlässigbar. Aussagen zum Ausmaß der mikrobiellen Verwertung der alten Biomasse ließen sich allerdings mit diesen Analysen nicht treffen.
Ziel des Fallbeispiels 3 war es deshalb zu testen, ob die substanzspezifische Stabilisotopenanalyse von Aminozuckern im Boden eine Differenzierung von stabilisierten und rezent gebildeten mikrobiellen Rückständen erlaubt, da dies mit konventioneller Biomarker-Analytik nicht möglich ist. Aus Inkubationsversuchen mit 13C-angereicherter Glucose über 32 Tage lässt sich nur eine geringe kurzfristige Bildung von Glucosamin und Muraminsäure ableiten. Eine siebenjährige Feldstudie unter erhöhtem atmosphärischem pCO2 (Free Air Carbondioxide Enrichment, FACE-Experiment) mit 13C-abgereichertem CO2 ergab hingegen eine signifikante Neubildung von Aminozuckern. Die Ergebnisse bestätigen die bisherige Vermutung einer Stabilisierung von Aminozuckern im Boden.
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