Description: Das gegenwärtige Verständnis der Bildung von organischem Kohlenstoff im Boden, dessen Umsetzung, Stabilisierung und Mineralisierung ist unzureichend. Gleichzeitig ist ein solides Verständnis der Steuerung dieser biogeochemischen Prozesse der Schlüssel zu einer verlässlichen Vorhersage langfristiger Entwicklungen der Kohlenstoffspeicherung im Boden, eine der wichtigsten Senken für die ansteigenden atmosphärischen CO2 Konzentrationen. Solche Vorhersagen sind momentan vor allem durch ein mangelhaftes quantitatives thermodynamisches Verständnis dessen limitiert, wie Bodenmikrobiome die verfügbaren organischen Substrate umsetzen, wie sich Substratchemie und Energiegehalt auf mikrobielles Wachstum auswirken, und wie die physikochemischen Bedingungen den Kohlenstoffumsatz modulieren. Unter den vielen verschiedenen Bodenfunktionen, die im SoilSystems Schwerpunktprogramm (SPP 2322) betrachtet werden, möchte das hier beantragte Projekt vor allem zwei zentrale Hypothesen des mikrobiellen Kohlenstoffumsatzes im Boden betrachten: Wir postulieren, dass (I) die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung im Boden wesentlich von den chemischen Eigenschaften der verwendeten Substrate (Oxidationsstufe des C, Anzahl der C-Atome, Funktionalisierung) abhängt; und dass (II) die strukturelle und physikochemische Heterogenität des Bodens die substratabhängigen Kohlenstoffnutzung und die Thermodynamik verringert. Diese Hypothesen werden durch eine Kombination von quantitativen Markierungsexperimenten mit stabilen Isotopen (qSIP) untersucht, bei denen sowohl 13C-markierte Substrate als auch aktivitätsbasierte 18O-Markierungen zum Einsatz kommen. Zudem werden Mikrokosmen mit modulierter Aggregatstruktur und erhöhter physikochemischer Heterogenität untersucht, einhergehend mit einer grundlegenden bioenergetischen Modellierung des mikrobiellen Wachstums. Wir befassen uns auch mit der Frage, ob bodenfreie mikrobielle Zellextrakte methodische Unsicherheiten in der Quantifizierung des mikrobiellen Wachstums in einem so komplexen Habitat wie dem Boden verringern können. Unsere geplanten Arbeiten tragen so zentral zu den Hypothesen B (Substrate) und C (Randbedingungen) des SoilSystems-Konzeptes bei. Eingebettet in Kooperationen mit mehreren Partnern des SPP soll dieses Projekt somit einen zentralen und innovativen Beitrag zu einem besseren quantitativen Verständnis der Kohlenstoff- und Energieflüsse im Boden leisten.
Types:
SupportProgram
Tags:
Atmosphärische CO2-Konzentration
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Mikroökologie
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Lack
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Organischer Kohlenstoff
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Bodenkohlenstoff
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Bodenkunde
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Habitat
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Kohlenstoffsenke
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Bodenfunktion
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Modellierung
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Arbeit
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Pflanzensamen
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Angewandte Mikrobiologie
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Applied Microbiology
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Soil Sciences
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Region:
Bayern
Bayern
Bounding boxes:
8.976365399999999° .. 13.8396495° x 47.2701114° .. 50.5647142°
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License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Danmarks Tekniske Universitet, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) (Mitwirkung)
-
Umweltbundesamt (Bereitstellung)
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Universität Bayreuth, Fachgruppe Biologie, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (Projektverantwortung)
Last harvest: 15.09.2026 00:43
Time ranges:
2021-01-01 - 2026-09-17
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Sub project: Probing microbial carbon use efficiency in soil as a function of substrate chemistry, redox heterogeneity and soil aggregate structure
Description: The current understanding of how organic carbon pools are formed, turned over, stabilized or mineralized in soil is more than partial. At the same time, a solid understanding of the controls of these biogeochemical processes is key to any reliable predictions for long-term trends in soil carbon storage, one of the most important sinks for globally increasing atmospheric CO2. Most centrally, such predictions are currently limited by the lack of a quantitative thermodynamic understanding of how soil microbiomes consume and utilize available organic substrates, how substrate composition and energy content translate to microbial growth, and how physicochemical boundary conditions modulate carbon turnover. Amongst the many different aspects of soil functioning to be addressed in the SoilSystems Priority Programme (SPP 2322), this proposal aims to focus on two central hypothesis of soil carbon cycling: we propose that (I) microbial carbon use efficiency in soil can only be predicted when the chemical characteristics of the utilized substrates (oxidation state of C, No. of C atoms, functionalization) are considered; and that (II) the structural and physicochemical heterogeneities of the soil habitat can decrease substrate-dependent carbon use efficiency and thermodynamics. We aim to test these hypotheses by a combination of quantitative stable isotope probing (qSIP) experiments using both 13C-labelled substrates and general growth-targeted 18O-labeling, microcosms with modulated aggregate structure to increase physicochemical heterogeneity of the soil, as well as fundamental bioenergetic modeling for microbial growth prediction. We also address whether active microbial cell extracts can alleviate methodological uncertainties in quantifying microbial growth and CUE in a habitat as complex as soil. Our planned work contributes to the central hypotheses B (substrates) and C (boundary conditions) of the SoilSystems call. Embedded in vital collaborations with several partners of the SPP, this project will thus make central and innovative contribution towards an improved quantitative understanding of carbon and energy fluxes in soil.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140488
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