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Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Kohlenstoff- und Energieumsatz von komplexen Substraten und in intakten Böden

Description: Die Effizienz des Kohlenstoffumsatzes im Boden hängt vom Ausgangssubstrat und den Bodenbedingungen ab, die zusammen die Stoffwechselwege steuern und zu einer charakteristischen Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz führen. In der ersten Projektphase lag der Fokus auf der Nutzung einfacher Substrate (Glukose, Cellobiose, Cellulose) in homogenisiertem Boden, um eine umfassende Charakterisierung des Substratabbaus mit Aktivitätsmessungen spezifischer Enzyme und kalorespirometrischen Messungen zu ermöglichen. Dabei zeigten sich interessante zeitliche Muster, wie die Entkopplung der Wärme- und CO2-Flussspitzen, und räumliche Effekte, wie die Veränderung der Abbaukinetik bei unterschiedlichem Substrateinbaugrad. In der zweiten Phase wollen wir diese Erkenntnisse in zwei Hauptrichtungen vertiefen. Zunächst streben wir eine breitere Auswahl von Substraten mit gleichem Kohlenstoffgehalt (6 Kohlenstoffatome; Glucose, Cellobiose, Lysin, Phenol), aber unterschiedlichen Verbrennungsenthalpien und Gibbs-Energien an, um den Einfluss dieser Substrateigenschaften auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz sowie auf Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaften in vergleichenden Inkubationen zu untersuchen. Diese Aufgabe ist im Kernexperiment „E-ComPLEX“ gebündelt, an dem mehrere Projekte beteiligt sind und das unter der Leitung dieses Projekts durchgeführt wird. Das Hauptziel von E-ComPLEX ist es zu verstehen, wie effizient das Mikrobiom das Primärsubstrat nutzt, indem es Kohlenstoff und Energie in seiner eigenen Biomasse fixiert und Bausteine aus diesem Sekundärsubstrat recycelt. Ergänzend zu E-ComPLEX führen wir Experimente mit Mischsubstraten durch, um den Einfluss der Stöchiometrie der verfügbaren Nährstoffe im Boden, insbesondere der Stickstoffverfügbarkeit, auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Nutzung von C6-Substraten zu untersuchen. Der weitere Schwerpunkt des Projekts in der zweiten Phase liegt auf Experimenten mit intakten Bodenkernen anstelle von homogenisiertem Boden. Es ist bekannt, dass die Position des Substrats im Porenraum die Zugänglichkeit für das Mikrobiom sowie die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen und damit die Umsatzkinetik des Substrats steuert. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss der natürlichen Substratverteilung auf den Kohlenstoff- und Energieumsatz bei der Wiedervernässung trockener Böden zu untersuchen. Obwohl die Ausgangssubstrate in intakten Böden unbekannt sind, sind Vergleiche mit neu verdichteten Referenzproben gleicher Lagerung, Feuchtigkeit und labiler C-Menge möglich. Mittels Röntgen-CT kann die räumliche Heterogenität erkannt und mit Unterschieden in der Umsatzkinetik in Verbindung gebracht werden. Das Projekt Microheat-2 leistet zudem in vielfältiger Weise wichtige Beiträge zum Schwerpunktprogramm 2322: Es führt Kalorimetermessungen für andere Projekte durch, steuert Röntgen-CT-Messungen bei und stellt Messdaten für Modellierungsprojekte bereit.

Types:

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Main ? Glukose ? Phenol ? Recycling ? Bodennährstoff ? Mikroökologie ? Kohlenstoffgehalt ? Zellulose ? Kohlenstoff ? Nährstoff ? Sauerstoff ? Bodenkunde ? Pflanzensamen ? Energiebilanz ? Messdaten ? Biomasse ? Angewandte Mikrobiologie ? Applied Microbiology ? Soil Sciences ?

Region: Saxony-Anhalt

Bounding boxes: 11.7333° .. 11.7333° x 52° .. 52°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-12-24

Alternatives

Language: Englisch/English
Title: Sub project: Carbon and energy turnover for complex substrates and intact soils
Description: The efficiency of carbon turnover in soil depends on the initial substrate and on soil conditions, which together control the metabolic pathways and result in characteristic carbon and energy use efficiency. In the first project phase, the focus was on the utilization of simple substrates (glucose, cellobiose, cellulose) in homogenized soil, to facilitate a comprehensive characterization of substrate decomposition with activity measurements of specific enzymes and with calorespirometric measurements. This revealed interesting temporal patterns, such as the decoupling of the heat and CO2 flow peaks, and spatial effects, such as the change in decomposition kinetics with different degrees of substrate incorporation. We want to extend these findings in two main directions in the second phase. First, we are aiming for a broader selection of substrates with the same C content (6 C atoms; glucose, cellobiose, lysine, phenol) but varying combustion enthalpies and Gibbs energies to explore the influence of these substrate characteristics on the C and energy turnover, as well as enzyme activities and microbial communities in comparative incubations. This task is bundled in the core experiment "E-ComPLEX", in which several projects will participate and which will be carried out under the leadership of this project. The main objective of E-ComPLEX is to understand how efficiently the microbiome uses the primary substrate by fixing carbon and energy in its own biomass and by recycling building blocks from this secondary substrate. In addition to E-ComPLEX, we are conducting experiments with mixed substrates to investigate the influence of the stoichiometry of available nutrients in the soil, specifically the availability of nitrogen, on C and energy turnover during the utilization of C6 substrates. The other focus of the project in the second phase is on experiments with intact soil cores instead of homogenized soil. It is known that the position of the substrate in the pore space controls the accessibility for the microbiome as well as the supply of oxygen and nutrients and thus the turnover kinetics of the substrate. The project aims to investigate the influence of natural substrate distribution on C and energy turnover during the rewetting of dry soils. Although the initial substrates are unknown in intact soil, comparisons with repacked reference samples of the same storage, moisture, and labile C quantity are possible. With X-ray CT, the spatial heterogeneity can be detected and associated with differences in the turnover kinetics. The Microheat-2 project also provides important contributions to Priority Program 2322 in various ways: it carries out calorimeter measurements for other projects, contributes X-ray CT measurements and provides measurement data for modeling projects. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140482

Resources

Webseite zum Förderprojekt
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/465122443 (Webseite)

Status

Aktiv

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