Forschergruppe (FOR) 5315: Humusauflage: Funktionsweise, Dynamik und Vulnerabilität im Wandel, Teilprojekt: Identifikation von Faktoren die den mikrobiellen Nährstoffumsatz in Mineralboden, Rhizosphäre und Humusauflage im Wald beeinflussen

Description: 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.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Ahorn ? Buche ? Fichte ? Nährstoffgehalt ? Baum ? Humus ? Nährstoff ? Phosphor ? Sauerstoff ? Stickstoff ? Bodenkunde ? Habitat ? Rhizosphäre ? Bakterien ? Mineralboden ? Pflanzenverfügbarkeit ? Biologischer Abbau ? Mikroorganismen ? Pilz ? Atmosphäre ? Fauna ? Forstwirtschaft ? Mineral ? Standortbedingung ? Wald ? Forstwissenschaften ? Soil Sciences ?

Region: Bavaria

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

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Helmholtz-Zentrum München (Projektverantwortung)
• Technische Universität München (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub project: Driver of microbial nutrient turnover in mineral soil, rhizosphere and forest floors
  Description: The forest floor (FF) is the boundary between mineral soil and the atmosphere and is thus important for nutrient transport from the surface to the mineral soil. FF properties influence nutrient concentrations and quality as well as oxygen and water availability. The turnover of nutrients by microorganisms is regulated on the level of nutrient stoichiometry of ecosystems and genetic operon structure of single microorganisms who pursue different strategies to regulate efficient nutrient use. Thus, nutrient availability and community composition are closely interlinked. Consequently, changes in nutrient availability and habitat structure because of increasing temperature feedback on microbial communities in terms of their taxonomic and functional composition as well as trophic interactions. The aim of our project is to understand the interplay of abiotic FF properties with the microbial community composition under different P and temperature regimes. We hypothesize that the quality and quantity of soil organic matter and root exudates as well as nutrient stoichiometry (C, N, P, cations) drives the microbial potential to transform nitrogen and phosphorus and determines trophic interaction with other biota (fungi, fauna and trees). Moreover, spatial correlation of bacteria and nutrient hotspots of N and P are likely. To test these overarching hypotheses we will use a combination of experimental and analytical approaches. We will first identify key players and processes of microbial N and P turnover. Therefore, we will take samples in different FF layers and the mineral soil from 12 beech dominated sites displaying gradients of P concentrations and T and in the rhizosphere of beech, maple and spruce from three sites with contrasting P availability. To identify the long-term adaptation of microbial communities to FF properties and tree species we will combine metagenomics approaches for the identification of key processes and players and subsequent qPCR for the quantification of dominant key players under different settings. Moreover, we will investigate the colonization of roots by microbes involved in P turnover in FF and mineral soil by using CARD-FISH. Second, we will use different experimental approaches: (i) To identify the role of soil minerals for P availability and microbial P acquisition strategies in frame of a litter/OF bag experiment where additional primary and secondary minerals will be added to litter or OF material. (ii) To disentangle the interplay of FF fauna and microorganisms in frame of a fauna exclusion experiment. In addition to the developed quantification tools, we will also isolate bacteria involved in the solubilisation of mineral bound P of the litter/OF bag experiment to reconstruct operon structures of P genes. Based on the different approaches we will be able to identify major drivers of microbial community composition and derived services important for FF turnover under changing environmental conditions. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140802

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/502047482 (Webseite)

Status

Aktiv

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