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Identifikation von Faktoren, die den mikrobiellen Nährstoffumsatz in Mineralboden, Rhizosphäre und Humusauflage im Wald beeinflussen
Projekt
Förderkennzeichen: DFG 457330647
Laufzeit: 01.01.2022
- 31.12.2024
Forschungszweck: Grundlagenforschung
Die Humusauflage im Wald (HA) bildet die Grenze zwischen Mineralboden und Atmosphäre. Die Eigenschaften der HA bestimmen die Nährstoffkonzentration und -qualität sowie die Verfügbarkeit von Sauerstoff und Wasser. Die Nährstoffumsetzung durch Mikroorganismen in der HA wird durch die Nährstoffstöchiometrie und der Operonstruktur Prozess-beteiligter Gene bestimmt. Nährstoffverfügbarkeit und Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften sind eng miteinander verknüpft. Veränderungen in der Temperatur wirken sich auf die Nährstoffverfügbarkeit und Struktur der HA aus, also auch auf die taxonomische und funktionelle Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften. Ziel unseres Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen abiotischen HA-Eigenschaften und der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften unter verschiedenen P- und Temperaturregimen zu verstehen. Wir stellen die Hypothesen auf, dass die Qualität und Quantität der organischen Bodensubstanz, der Wurzelexsudate und die Nährstoffstöchiometrie (C, N, P, Kationen) das mikrobielle Potenzial zur Umwandlung von Stickstoff und Phosphor beeinflussen sowie die Interaktion mit anderen Biota (Pilze, Fauna und Bäume). Eine räumliche Korrelation zwischen Bakterien und Nährstoffen ist wahrscheinlich.
Um diese Hypothesen zu prüfen, werden wir verschiedene experimentelle und analytische Ansätze kombinieren. Zuerst werden wir die wichtigsten Akteure und Prozesse des mikrobiellen N- und P-Umsatzes identifizieren. Dazu werden wir Proben der HA und des Mineralbodens von 12 Buchen-dominierten Standorten, entlang eines P und T-Gradienten vergleichen. Zusätzlich untersuchen wir die Rhizosphäre von Buche, Ahorn und Fichte an drei Standorten mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit. Zur Identifikation der Langzeitanpassungen werden wir einen metagenomischen Ansatz verwenden. Anschließend werden qPCR-basierte Analysen durchgeführt, um die dominanten Schlüsselakteure unter verschiedenen Bedingungen zu quantifizieren. Darüber hinaus werden wir die Besiedlung der Wurzeln durch Bakterien, die am P-Umsatz in der HA und Mineralböden beteiligt sind, mit Hilfe von CARD-FISH untersuchen. Mit Hilfe experimenteller Ansätze verwenden wir die Bedeutung verschiedener Faktoren testen: (i) Bedeutung der Bodenmineralien für die mikrobiellen P-Akquirierungsstrategien im Rahmen eines Streu/OF-Beutel-Experiments, bei dem zusätzliche primäre und sekundäre Mineralien zur Streu oder OF-Material hinzugefügt werden. (ii) Die Interaktion von Fauna und Mikroorganismen in der HA wird im Rahmen eines Fauna-Ausschluss-Experiments untersucht. Um die Operonstrukturen von P-Genen zu rekonstruieren werden wir zusätzlich Bakterien isolieren, die an der Solubilisierung von mineralisch gebundenem P im Streu/OF-Beutel-Experiment beteiligt sind. Basierend auf den verschiedenen Ansätzen, werden wir in der Lage sein, die Hauptfaktoren für den mikrobiellen Abbau der organischen Substanz in der HA unter sich ändernden Umweltbedingungen zu identifizieren.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Agrarökologie
- Bodenkunde
