Compound-specific stable-isotope analysis in soil science

Weinheim

Wiley VCH Verlag

2005

S. 633-648

3 Abb., zahlr. Lit. Ang.

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200127210

Journal of Plant Nutrition and Soil Science 2005, 168(5), S. 633-648

Dieser Artikel fasst den Stand der Forschung bezüglich der substanzspezifischen Stabilisotopenanalyse zusammen. Innovative Anwendungen und ein Ausblick für künftige Forschungsaktivitäten werden anhand von Fallbeispielen gegeben. Zunächst wird die ökologische Bedeutung von stabilen C-Isotopen kurz erläutert. Daran schließt sich ein methodischer Teil an, in welchem die verschiedenen Techniken gegenüber gestellt werden. Der Schwerpunkt dieses Übersichtsartikels liegt jedoch in der Diskussion der C-Isotopensignatur chemischer Fraktionen (sog. Biomarker), welche Rückschlüsse auf Herkunft und Dynamik pflanzlicher (Pentosen, langkettige n-Alkane, Ligninphenole) und mikrobieller Rückstände (Phospholipidfettsäuren, Hexosen, Aminozucker und kurzkettige N-Alkane) sowie anderer interessanter Substanzen im Boden erlaubt wie z.B. "Black Carbon" und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Zu diesem Zweck kommen innovative Techniken zum Einsatz wie z.B. Pyrolyse-Gaschromatographie-Isotopenverhältnismassenspektrometrie, Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopenverhältnismassenspektrometrie und Flüssigkeitschromatographie-Oxidations-Isotopenverhältnismassenspektrometrie. Innovative ökologische Anwendungen werden erläutert, welche sich prinzipiell in zwei Kategorien einteilen lassen: (1) Quantifizierung der Sequestrierung und des Umsatzes dieser Verbindungen in der Umwelt; (2) Untersuchung der Herkunft spezifischer organischer Substanzen. Umsatzzeiten physikalischer (Sand < Schluff < Ton) und chemischer Fraktionen (Lignin < Phospholipidfettsäuren < Aminozucker ~ Zucker) sind generell kleiner als jene der gesamten organischen Substanz in der Feinerde und nehmen in der in Klammern angegebenen Reihenfolge zu. Die Untersuchung der Herkunft organischer Substanzen (z.B. polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe) ist problematisch, weil die Unterschiede der Isotopensignatur verschiedener Quellen gering sind und meist mehr als zwei Quellen zur Isotopensignatur des untersuchten Biomarkers beitragen. Deswegen sollte die Untersuchung der Herkunft organischer Substanzen auf Tracer-Experimente beschränkt werden, wie z.B. nach natürlicher (C3-C4-Pflanzenwechsel) bzw. künstlicher (13C-An- oder -Abreicherung) Markierung.