Description: Das Zusammenspiel organischer Substanz (OS) und mikrobiellen Zersetzern ist von grundlegender Bedeutung für die Dynamik und Persistenz organischen Kohlenstoffs in Böden. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass die räumliche Verteilung der organischen Substanz und ihre Zugänglichkeit für mikrobielle Zersetzung über verschiedene Porengrößen hinweg tiefgreifende Auswirkungen auf den Umsatz von Kohlenstoff im Boden haben. Eine Integration der Auswirkungen, die die biogeochemisch heterogene organisch-mineralische Mikroumgebung auf die Aktivität mikrobieller Bewohner haben kann, steht jedoch noch aus. Hier beantragen wir ein deutsch-französisches Gemeinschaftsprojekt, das komplementäres Fachwissen über physikalisch-chemische Kohlenstoffspeicherungsmechanismen und mikrobielle Kohlenstoffflüsse im Boden zusammenführt. Ein neuartiger Ansatz mittels Keramik mit eingestellter Porosität und mineralischer Beschichtung, der zu stabilen und kontrollierten physikalisch-chemischen Eigenschaften der Mikroumgebung führt, wird verwendet, um dynamische mikrobielle Interaktionen auf biologisch relevanter Skala zu entschlüsseln. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, den Einfluss reaktiver mineralischer Oberflächen und der Verteilung 13C-markierter OS in bestimmten Porengrößenklassen (<1, 5-10 vs. 20-30 µm) auf die mikrobielle Kohlenstoffdynamik durch Laborinkubationen zu testen. Unser korrelativ spektromikroskopischer Workflow, einschließlich NanoSIMS, wird die biogeochemische Charakterisierung lokaler Mikroumgebungen mit potenziell gegensätzlichen Auswirkungen auf die Kohlenstoffspeicherung ermöglichen. Es werden auch Inkubationsexperimente durchgeführt, um die Kohlenstoffdynamik unter mit dem Klimawandel verbundenen Störungen durch erhöhte Temperatur und ausgetrocknete und wiederbefeuchtete poröse Systeme zu analysieren. Wir erwarten damit aufzuklären, wie solche Störungen das lokale Zusammenspiel zwischen der organisch-mineralischen Mikroumgebung und der mikrobiellen Aktivität beeinflusst. Die gewonnenen Daten werden in eine ganzheitliche Modellbeschreibung integriert, die es ermöglicht, die Bedeutung verschiedener Merkmale der Mikroumgebung für die lokal unterschiedliche Dynamik des organischen Kohlenstoffs zu bewerten. Das Modellierungswerkzeug wird dazu beitragen, die Auswirkungen der räumlichen Mikrobenverteilung und ihrer lokalen Wechselwirkungen mit heterogenen Eigenschaften ihrer organisch-mineralischen Mikroumgebung besser zu verstehen und vorherzusagen. Unser neuartiger Mikrokosmos-Ansatz ermöglicht es, zugrunde liegende lokale Mechanismen der mikrobiellen Bodenkohlenstoffdynamik in einem komplexen Porenraum zu entschlüsseln. Dies wird zu einem erweiterten Verständnis der physikalischen und biogeochemischen Wechselwirkungen in der Mikroumgebung des Bodens beitragen, wo lokale Wechselwirkungen und eine ausgeprägte räumliche Architektur das Zusammenspiel mikrobieller Aktivitäten und den Umsatz organischen Kohlenstoff auf biologisch relevanter Skala steuern.
Types:
SupportProgram
Tags:
Keramik
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Organischer Kohlenstoff
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Bodenkohlenstoff
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Bodenkunde
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Kohlenstoffsenke
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Temperatur
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Beschichtung
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Architektur
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Kohlenstoffkreislauf
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Persistenz
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Studie
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Mikroorganismen
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Biologische Aktivität
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Klimawandel
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Mineral
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Soil Sciences
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Region:
Bayern
Bayern
Bounding boxes:
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License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Agence Nationale de la Recherche , The French National Research Agency (Mitwirkung)
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Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement de Paris (Mitwirkung)
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Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde (Projektverantwortung)
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Umweltbundesamt (Bereitstellung)
Last harvest: 29.09.2026 09:36
Time ranges:
2022-01-01 - 2026-10-19
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Soil Pores affecting Carbon Mineralisation at nanoscales (SoilPACMAN) - Determining how soil organic carbon dynamics are locally controlled by the organo-mineral microenvironment of microbes in the pore space
Description: The co-location of organic matter (OM) and microbial decomposers is fundamental for the dynamics and the persistence of organic carbon in soils. Various studies have demonstrated that the spatial distribution of OM and its accessibility to microbial decomposers across different pore sizes have profound impacts on the turnover of carbon in soil. An integration of the effects that the biogeochemically heterogeneous organo-mineral microenvironment can have on the activity of the microbial inhabitants is, however, lacking. Here we propose a collaborative Franco-German project that brings together complementary expertise on physicochemical carbon storage mechanisms and soil microbial carbon fluxes. A novel approach using ceramics with controlled porosity and mineral coating, which will result in stable and known physicochemical properties at the microenvironmental scale, will be used to disentangle dynamic microbial interactions at biologically-relevant scales. This approach will allow us to test the influence of reactive mineral surfaces and the distribution of 13C-labelled OM in specific pore size classes (<1, 5-10 vs. 20-30 µm) on microbial carbon dynamics during laboratory incubations. Our correlative spectromicroscopic workflow, which includes NanoSIMS, will enable the biogeochemical characterization of local microenvironments with potentially contrasting effects on carbon storage. Incubation experiments will also be set up to analyze carbon dynamics under the climate-change related disturbances of increased temperature and dried and re-wetted porous systems. We expect to decipher how such disturbances affect the local interplay between the organo-mineral microenvironment and microbial activity. The acquired data will be integrated into a holistic model description that enables the evaluation of the importance of different microenvironmental features on locally different organic carbon dynamics. The modelling tool will help to better understand and predict effects of the spatial distribution of microbes and their local interactions with heterogeneous properties of their organo-mineral microenvironment. Our novel microcosm approach enables unravelling the underlying local mechanisms of microbial soil carbon dynamics in a complex pore space. This will help to extend our understanding based on the physical and biogeochemical interplay of soil microenvironments where local interactions and a distinct spatial architecture controls the concerted activities of microbes and the turnover of organic carbon at the biologically-relevant scale.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140264
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