2-dimensionale Muster des Gasdiffusionskoeffizienten, der CH4-Konsumption und der CO2 Produktion in einem Waldbodenprofil während einer niederschlagsfreien Phase

Diffusion stellt den dominierenden Gastransportprozess im Boden dar. Der Gasdiffusionskoeffizient im Boden (DS) ist ein wichtiger Parameter für die Belüftung des Bodens, und damit auch für das Wurzelwachstum und weitere mikrobielle Prozesse wie z. Bsp. die Methanoxidation. Bei Studien der Bodengasflüsse mit der Gradienten-Fluss-Methode wird allgemein die horizontale Homogenität des Bodens inklusive des DS angenommen. Diese Annahme trifft allerdings selbst in scheinbar homogenen Böden nicht zu. Räumliche Verteilungsmuster der Gasdiffusionskoeffizienten wurden bisher aber nur mit destruktiven Methoden untersucht. Wir entwickelten eine neue in situ Methode zur Bestimmung des 2-dimensionalen DS-Musters im Boden. Hierzu wurden 3 Tracer-Gase (SF6, CF4, C2H6) kontinuierlich an drei verschiedenen Stellen im Unterboden eingespeist und an den darüber liegenden Messstellen erfasst. Das 2 D Muster des DS zwischen den Messpunkten wurde durch inverse Modellierung mit einem Finite-Elemente-Programm (COMSOL) abgeleitet, und zeigte, dass die Annahme eines horizontal homogenen Bodenprofils auf diese Größenskala (~1m) nicht zulässig ist. Durch die simultane Messung der natürlichen CH4 Konzentration an den Messstellen war es in einem weiteren Schritt möglich, die CH4 Oxidation räumlich aufgelöst zu quantifizieren. Hierbei zeigte sich, dass die Aktivität methanotropher Organismen im Oberboden am höchsten ist, jedoch auch eine starke horizontale Variabilität aufweist. Über den Zeitraum der Untersuchung zeigte sich dass der Gasdiffusionskoeffizient und die Methanoxidationsraten im Boden mit dem Absinken der Bodenfeuchte anstiegen, und auch tiefere Bodenschichten mit der Zeit zur Methankonsumption beitrugen. Die vorgestellte Methode zur Bestimmung von 2-dimensionalen DS-Mustern im Boden stellt somit eine Grundlage für das bessere Verständnis von räumlich variablen Gasumsatz- Prozessen im Boden dar