Changes in the mineral assemblage of paddy soils upon redox cycles

Abstract

Kenntnisse der Eisen(Fe)dynamik sind wesentlich für das Verständnis von Redoxreaktionen und biogeochemischen Prozessen in Böden. Ziel der Arbeit war es, Langzeitauswirkungen von Redoxschwankungen auf Fe-Mineraltransformationen aufzuklären. Entlang einer Chronosequenz von 100, 700 und 2000 Jahre alten Nassreisböden und nicht-bewässerter Ackerböden wurden Veränderungen im Mineralbestanduntersucht. In-situ Verwitterungsversuche mit Testmineralen beleuchteten ergänzend die Kurzzeitauswirkungen von Nassreisanbau auf Mineraltransformationen. In Feldversuchen wurden die Redoxdynamik und die Zusammensetzung der Bodenlösung in Relation zur Nutzungsdauer und damit einhergehenden Mineraltransformationen untersucht. Nassreisanbau führte zur Ausbildung unterschiedlicher Transformationsmilieus in Ober- und Unterboden und deutlicher Tiefenprofilierung mit andauernder Nutzung und steigender Anzahl an Redoxzyklen. Redoxdynamik und Zusammensetzung der Bodenlösung spiegelten dies zum Teil wider.

Knowledge on iron (Fe) mineral dynamics in soils is essential for understanding redox reactions and biogeochemical processes. The main objective of the thesis was to elucidate Fe mineral transformations as evoked by long-term redox cycles. Changes in the mineral assemblage were studied along a chronosequence of paddy soils used for 100, 700 and 2000 years of irrigated rice cultivation and their non-irrigated counterparts. Short term transformations were tracked by in situ weathering experiments with test minerals. Field experiments addressed redox dynamics and subsequent changes in the composition of the soil solution as related to time of paddy cultivation and concomitant mineral transformations. Different Fe mineral transforming environments established in paddy top- and subsoils. Resulting profile differentiation became increasingly distinct with time under paddy management and increasing numbers of redox cycles. Redox dynamics and soil solutions partly mirrored these observations.