Ressourcenlimitierung mikrobieller Abbauprozesse in Böden

Der mikrobielle Abbau von organischem Material im Boden stellt mit der Freisetzung von ca. 60 Gt Kohlenstoff pro Jahr eine der Hauptquellen von CO 2 für die Atmosphäre dar. Mikroorganismen können jedoch durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden hauptsächlich von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) limitiert sein. Der stark angestiegene anthropogene N Eintrag in terrestrische Ökosysteme (etwa durch erhöhte atmosphärische N Deposition) kann daher einen signifikanten Einfluss auf den mikrobiellen Abbau und somit auf die Freisetzung von Treibhausgasen (CO2 ,CH 4 ,N2 O,NOx ) aus dem Boden haben. Ziel des Projekts ist es, die Zusammenhänge zwischen verfügbarem C und N und mikrobiellen Abbauvorgängen im Boden zu aufzuklären. Dazu soll untersucht werden, wie sich eine Veränderung der C- und N-Verfügbarkeit auf mikrobiell gesteuerte Ökosystemfunktionen auswirkt, und in welchem Ausmaß dieser Einfluss direkt (über Änderungen in der mikrobiellen Physiologie), oder indirekt (über Änderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft) erfolgt. Unsere Hypothesen sind, dass (1) die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft sensitiv auf veränderte Nährstoffverfügbarkeit reagiert und dass (2) eine Änderung in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft zu einer Veränderung der Abbauprozesse führen kann, da die Produktion extrazellulärer Enzyme zum Abbau spezifischer Substrate oft an distinkte mikrobielle Gruppen gebunden ist. Um diese Hypothesen zu testen ist ein Freilandversuch in einem Buchenwald geplant, in dem die Verfügbarkeit von N und C experimentell manipuliert wird, sowie der Einfluss der natürlichen Variabilität der C- und N- Verfügbarkeit im Jahresverlauf untersucht wird. Dabei werden sowohl mikrobielle Prozesse als auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft untersucht, um herauszufinden, ob und wann Funktionsänderungen durch Änderungen der mikrobiellen Artenzusammensetzung gesteuert werden (Koppelung Struktur- Funktion). In einem umfangreichen Laborexperiment sollen weiters funktionelle Unterschiede verschiedener mikrobiellen Gemeinschaften analysiert und unterschiedliche funktionelle Gruppen innerhalb einzelner Gemeinschaften identifiziert werden. Darauf aufbauend wird schließlich ein neuartiges konzeptionelles Modell entwickelt werden, das die individuelle C und N Limitierung unterschiedlicher funktioneller mikrobieller Gruppen berücksichtigt und dazu beitragen wird unser derzeitige Verständnis der Regulierung von Abbauprozessen wesentlich zu erweitern.

Der mikrobielle Abbau von organischem Material im Boden stellt mit der Freisetzung von ca. 60 Gt Kohlenstoff pro Jahr eine der Hauptquellen von CO2 für die Atmosphäre dar. Mikroorganismen können jedoch durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden - hauptsächlich von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) - limitiert sein. Der stark angestiegene anthropogene N Eintrag in terrestrische Ökosysteme (etwa durch erhöhte atmosphärische N Deposition) kann daher einen signifikanten Einfluss auf den mikrobiellen Abbau und somit auf die Freisetzung von Treibhausgasen (CO2,CH4,N2O,NOx) aus dem Boden haben. Ziel des Projekts ist es, die Zusammenhänge zwischen verfügbarem C und N und mikrobiellen Abbauvorgängen im Boden zu aufzuklären. Dazu soll untersucht werden, wie sich eine Veränderung der C- und N-Verfügbarkeit auf mikrobiell gesteuerte Ökosystem-funktionen auswirkt, und in welchem Ausmaß dieser Einfluss direkt (über Änderungen in der mikrobiellen Physiologie), oder indirekt (über Änderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft) erfolgt. Unsere Hypothesen sind, dass (1) die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft sensitiv auf veränderte Nährstoffverfügbarkeit reagiert und dass (2) eine Änderung in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft zu einer Veränderung der Abbauprozesse führen kann, da die Produktion extrazellulärer Enzyme zum Abbau spezifischer Substrate oft an distinkte mikrobielle Gruppen gebunden ist. Um diese Hypothesen zu testen ist ein Freilandversuch in einem Buchenwald geplant, in dem die Verfügbarkeit von N und C experimentell manipuliert wird, sowie der Einfluss der natürlichen Variabilität der C- und N- Verfügbarkeit im Jahresverlauf untersucht wird. Dabei werden sowohl mikrobielle Prozesse als auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft untersucht, um herauszufinden, ob und wann Funktionsänderungen durch Änderungen der mikrobiellen Artenzusammensetzung gesteuert werden (Koppelung Struktur-Funktion). In einem umfangreichen Laborexperiment sollen weiters funktionelle Unterschiede verschiedener mikrobiellen Gemeinschaften analysiert und unterschiedliche funktionelle Gruppen innerhalb einzelner Gemeinschaften identifiziert werden. Darauf aufbauend wird schließlich ein neuartiges konzeptionelles Modell entwickelt werden, das die individuelle C und N Limitierung unterschiedlicher funktioneller mikrobieller Gruppen berücksichtigt und dazu beitragen wird unser derzeitige Verständnis der Regulierung von Abbauprozessen wesentlich zu erweitern.