Schwerpunktprogramm (SPP) 2089: Rhizosphere Spatiotemporal Organisation - a Key to Rhizosphere Functions, Teilprojekt: Hot gradients & cold spots - Räumliche Zusammenhänge zwischen C-Ausbreitung und Nährstoffimmobilisierung in der Rhizosphäre und Konsequenzen für die Pflanzenernährung

Description: Die Verteilung von Kohlenstoff (C), die Umwandlung organischer Stoffe und die Immobilisierung von Nährstoffen folgen vermutlich bestimmten räumlichen Mustern im Wurzel-Boden-System. Gemäß dem grundliegenden Verständnis der Rhizosphärendynamik beginnt die räumliche Verteilung mit der Wurzelexsudation an der Pflanzenwurzel und führt zu allmählichen Veränderungen in der Chemie und Biologie der Rhizosphäre. In Phase 1 stellten wir die Hypothese auf, dass die Morphologie der Wurzeln und die Eigenschaften des Bodens, insbesondere seine Textur, die Verteilung von C steuern. Wir erarbeiten Mittel zur Analyse der C-Ausbreitung im Mikrometerbereich und beobachteten erhebliche Unterschiede, die überwiegend durch die Wurzelmorphologie gesteuert wurden. Wir stellten ferner die Hypothese auf, dass die Umwandlung von C durch Mikroben erfolgt, die organische Substanzen wie Polysaccharide, Phospholipidfettsäuren und Fettsäuren bilden, und konnten dies im Millimeterbereich verfolgen.Diese Ergebnisse führen nun zu folgenden neuen Hypothesen, dass i) der C-Ausbreitung durch Wurzelexsudation die Immobilisierung organisch gebundener Nährstoffe an Orten mit geringem Umsatz, sogenannten cold spots, folgt, und dass diese Stellen in bestimmten Regionen der Rhizosphäre auftreten, ii ) in Böden mit geringem Abbau der Wurzelbiomasse (wie in Phase 1 für sandigen Boden beobachtet) die Immobilisierung von Nährstoffen in der Rhizosphäre zunimmt und so mit der Pflanzenernährung konkurriert, und iii) bei Trockenheit sich die Mobilisierungsprozesse von Nährstoffen von der Bodenlösung zu Pilznetzwerken verlagert.Wir werden weiterhin Ansätze im 2D-Mikrometerbereich wie die Überwachung des Laserablations-Isotopenverhältnisses für C-Umsatzanalysen verwenden (LA-IRMS), und auf NanoSIMS für N-Verteilungsanalysen erweitern sowie SEM-EDX/WDX einbeziehen, um die Immobilisierung von Nährstoffen wie N und P über einen räumlich-stöchiometrischen Ansatz zu verfolgen. Unseren in Phase 1 etablierten Ansatz zur Probenahme im Millimeterbereich, der uns ermöglicht die organische Substanz in Rhizosphärengradienten chemisch zu charakterisieren, nutzen wir nun um immobilisierten N und P mithilfe von komponenten- oder fraktionsspezifischen d13C- und d15N-Analysen an mikrobieller Nekromasse zu analysieren (Aminozucker und organisch gebundener P). Mit diesen Hypothesen haben wir enge Anknüpfung zu den Projekten P3, P8, P13, P19, P21, P24 und P25. Wir werden einen neuen räumlichen Datensatz zur Verteilung organischer Stoffe in Rhizosphären erstellen, um die Prozesse der C-Verteilung, Nährstoffimmobilisierung und -mobilisierung unter verschiedenen externen und internen Kontrollen wie z.B. Bodeneigenschaften, Wurzelmorphologie und Dürre, zu verstehen. Diese Daten können dann in Simulations- und Modellierungsansätze implementiert werden, die ebenfalls im SPP 2089 integriert sind, so dass unser neues Wissen auch auf andere Böden und Pflanzenarten übertragen werden kann.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bodennährstoff ? Fettsäure ? Pflanzenökologie ? Kohlenstoff ? Laser ? Morphologie ? Nährstoff ? Bodenkunde ? Pflanzenart ? Rhizosphäre ? Dürre ? Pflanzenwurzel ? Bodenlösung ? Dispersion ? Pflanzenernährung ? Mikroorganismen ? Unterirdische Biomasse ? Biodiversity of Plants ? Biodiversität der Pflanzen ? Biodiversität der Ökosysteme ? Ecology of Ecosystems ? Ecology of Plants ? Soil Sciences ? Ökologie der Ökosysteme ?

Region: Bavaria Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49° 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Bayreuth (Projektverantwortung)

Time ranges: 2018-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub project: Hot gradients & cold spots - spatial relation of carbon dispersal and microbial nutrient immobilization in the rhizosphere and consequences for plant nutrition
  Description: Carbon (C) dispersal, organic matter transformation and nutrient immobilization likely have specific spatial arrangement in the root-soil system. In a basic understanding of rhizosphere dynamics, spatial distribution starts with root exudation at the plant root and leads to gradual changes in rhizosphere chemistry and biology. In Phase 1 we hypothesized that the morphology of roots and properties of soil, especially its texture, control gradual dispersal of C. We found means to analyze C dispersion on the micrometer-scale and observed considerable differences which were predominantly controlled by root morphology. We further hypothesized that transformation of C is done by microbes forming organic substances such as polysaccharides, phospholipid fatty acids and fatty acids and were able to follow this on the millimeter scale. These findings give rise to following new hypotheses that i) a consequence of C dispersal by root exudation is the immobilization of organically bound nutrients in sites with low turnover, so-called cold spots, and that these sites occur in specific regions in the rhizosphere, ii) in soil with low root biomass degradation (as observed for sandy soil in phase 1) immobilization of nutrients in the rhizosphere increases and competes with plant nutrition, and iii) under drought nutrient mobilization processes shift from soil solution to fungal networks. We will continue to use 2D micrometer-scale approaches such as laser ablation isotope ratio monitoring for C turnover analyses (LA-IRMS), extend to NanoSIMS for N dispersal analyses, and include SEM-EDX/WDX to trace immobilization of nutrients such as N and P via a spatial stoichiometric approach. Our millimeter-scale sampling approach established in phase 1 for organic substance characterization, we will now use to identify, quantify and allocate immobilized N and P using compound- or fraction-specific d13C and d15N analyses on microbial necromass N and P (amino sugar and organic P analyses). With our emerging hypotheses we have close links to projects P3, P8, P13, P19, P21, P24, and P25. We will establish a new spatial data set on organic matter distribution in rhizospheres helping to understand processes of C dispersal, nutrient immobilization and mobilization under different external and internal controls, such as soil properties, root morphology and drought. This data can then be implemented in simulation and modeling approaches allocated within the SPP 2089, allowing to transfer knowledge also to other soils and plant species. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140749

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/403670844 (Webseite)

Status

Aktiv

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