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Contribution of ectomycorrhizal fungi to the formation and mobilization of soil organic matter (SOM)

In forest ecosystems ectomycorrhizal fungi are responsible for the mobilization of mineral nutrients from soil organic matter (SOM) resulting in a marked increase in productivity of their symbiotic host plants. In return the fungi obtain a significant amount of photosynthetic products from these plants, allowing the formation of an extensive hyphal system. These hyphae constitute a major part of soil biomass and, ultimately, a major source for SOM formation. While plant-fungal nutrient exchange has been analyzed extensively, this proposal is focused on the fungal contribution to SOM formation and on the processes leading to the acquisition of nutrients by the fungi. These two processes will be studied separately and in a quantitative way using isotopic labeling in soil bioreactors. Analysis of the fate of 13C labeled fungal material (Laccaria bicolor) in soil bioreactors will tell how fast and to what extent the various fractions of hyphal biomass are transformed into non-living SOM. As potential molecular or structural markers for SOM formation from fungal hyphae we will analyze characteristic remnants of fungal hyphae in SOM using scanning electron microscopy, DNAfragments using a PCR approach for the fungal rRNA internal transcribed spacerregions and biochemical markers like fatty acids and ergosterol. The impact of ectomycorrhizal mycelia supported by Pinus sylvestris plantlets on 13C- and 15N-labeled SOM and on microbial biomass will be analyzed in separate soil bioreactor experiments.

Global distribution of deltaD values in C-bonded hydrogen of soil organic matter

Stable isotope ratios of various elements including H ((D), C, N, and S have been related to origin and turnover of soil organic matter (OM), because incomplete (bio)chemical reactions fractionate stable isotopes. On a global scale, the (D values in precipitation are related to the number of rain events that water vapor undergoes on its way to the poles, across mountains or towards inland because of evaporation/condensation-related isotope fractionation. As plants rely on local water sources that reflect the global distribution of (D values in precipitation for biosynthesis, C-bonded H in soil OM might show a geographically ordered distribution of (D values on a global scale. However, C-bonded (D values in soil OM might locally be modified by organic matter turnover. Our objectives are to 1) establish a method for the analysis of (D values of C-bonded H in soil, 2) determine the relationship between (D values in precipitation and in C-bonded H of soil OM on a global scale, 3) quantify the effect of decomposition on C-bonded (D values in soil OM with laboratory incubations and by assessing the vertical distribution of (D values in C-bonded H of soil OM in different climates (litter to subsoil). The proposed project adds a novel quantitative tool in Physical Geography to improve our understanding of C sequestration and turnover at the global scale.

Auswirkungen von Landschaftspflegemassnahmen (Mulchen, Maehen, Brennen) auf Vegetation und Standort einer Streuwiese

In brachliegenden Streuwiesen (Molinietum) kommt es meist zu starken Bestandsveraenderungen. Es sollen einfache und billige Pflegemassnahmen ermittelt werden, die das typische Artenspektrum von Streuwiesen erhalten. Die Auswirkungen der Pflegemassnahmen auf Vegetation und Standort werden durch jaehrliche Vegetationsaufnahmen auf Dauerflaechen, Ertragsermittlungen, Streumengenmessungen und Bodenuntersuchungen erfasst.

Schwefeldynamik in Sumpfreisböden

Kenntnisse über S-Bindungsformen und deren Flüsse in terrestrischen Ackerböden können nicht auf Sumpfreisböden übertragen werden, da nach deren Überflutung anaerobe Verhältnisse vorherrschen. Ergebnisse über die Bedeutung der einzelnen S-Fraktionen für die S-Nachlieferung in Sumpfreisböden und somit der S-Versorgung von Reis liegen kaum vor bzw. sind aufgrund des Trocknens der Bodenproben vor der Analyse nicht aussagefähig. Weiterhin wurde seither nicht berücksichtigt, dass in unmittelbarer Wurzelnähe von Reispflanzen im Gegensatz zum Restboden aerobe Verhältnisse vorherrschen. Aus diesem Grund soll in zwei typischen chinesischen Sumpfreisböden nach Dotierung mit 35S der Einbau des zugeführten Schwefels in definierte S-Fraktionen (SO42- in der Bodenlösung, adsorbiertes SO42-, FeS, FeS2, Sulfatester, Kohlenstoff gebundener S, Biomasse S) erfasst und in einer Zeitreihenuntersuchung Flüsse zwischen ihnen abgebildet werden. Dabei gilt es, zwischen der oberflächennahen aeroben Zone und der darunter liegenden anaeroben Zone bzw. dem wurzelnahen und wurzelfernen Boden zu differenzieren. Da Reisstroh häufig nach der Ernte in den Boden eingearbeitet wird, soll dessen Mineralisierungsverhalten mittels Einsatz von 35S markiertem Reisstroh untersucht werden. Des weiteren soll in speziellen Versuchsgefäßen, die das Gewinnen von Bodenproben in definierten Abständen von der Wurzeloberfläche erlauben, die Dynamik anorganischer und organischer S-Fraktionen in der Rhizosphäre erfasst werden.

Erfassung oekologischer Eigenschaften von Boeden und deren Bewertung

Zielsetzung dieses Vorhabens ist die systematische Erfassung der Boeden im nordbayerischen Raum sowie ihrer fuer die Beurteilung oekologischer Bodenfunktionen (Speicherfunktion, Filterfunktion, Transformationsfunktion etc.) wesentlichen Merkmale. In diesem Rahmen werden auch Transfervorgaenge von Schwermetallen vom Boden in die Pflanze am Beispiel von Orchideen auf Erzhalden untersucht.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Lebend/Tot: Beitrag von Bodenprotisten zum Kohlenstoffkreislauf durch Mikrobenprädation und Nekromasse

Protisten stellen den größten Teil der eukaryotischen Vielfalt im Boden dar. Ihre Zellzahlen können Hunderttausende und mehr pro Gramm Boden erreichen, und sie weisen ein breites Spektrum funktioneller Gruppen auf, die eng mit terrestrischen Kohlenstoffflüssen verknüpft sind (z. B. Heterotrophe, Saprotrophe und sogar Phototrophe). Ihre Rolle im Kohlenstoffkreislauf im Leben, als mikrobielle Räuber, und insbesondere im Tod, als mikrobielle Nekromasse (NM), ist jedoch nahezu uncharakterisiert. Aufbauend auf dem Rahmen des SPP SoilSystems untersucht dieses Projekt die Rolle und den Beitrag der Protistanprädation und der Protistan-NM zu den Kohlenstoffflüssen im Boden. In einer Reihe kontrollierter Mikrokosmos-Experimente charakterisieren wir zunächst den Verbrauch von Protistan-NM im Vergleich zu Pilz- und Bakterien-NM durch das Bodenmikrobiom. Durch DNA-SIP mit 13C-markierter Protistan-Nekromasse identifizieren wir organismische Präferenzen und verfolgen den Kohlenstofftransfer innerhalb der mikrobiellen trophischen Netzwerke des Bodens für verschiedene NM-Pools. Mittels Kalorimetrie werden wir untersuchen, wie Protistan-NM im Vergleich zu den besser bekannten bakteriellen und pilzlichen NM-Pools zu den Energieflüssen im Boden beiträgt. In einem zweiten Mikrokosmos-Experiment werden wir untersuchen, ob der Gehalt an organischer Bodensubstanz als wichtige Randbedingung den Verbrauch von Protistan-NM durch Bodenmikrobiota und ihre Netzwerke beeinflusst. Schließlich werden wir im Rahmen des gemeinsamen Experiments „Funktionale Komplexität“ ermitteln, wie Bodenmanagement Bodenprotistan-Gemeinschaften moduliert, wie die Komplexität dieser Gemeinschaften zu emergenten Eigenschaften des Bodenmikrobioms (d. h. Resistenz und Widerstandsfähigkeit) durch Prädation beiträgt, und feststellen, ob die Dynamik von Protistan-Gemeinschaften nach Störungen den Kohlenstoffkreislauf über einen Komplexitätsgradienten hinweg beeinflusst. Zusammengenommen werden diese Experimente, die im Rahmen des SPP-Konsortiums kollaborativ durchgeführt werden, die Hypothesen AC von SoilSystems untersuchen und gleichzeitig die bislang umfassendste Analyse des Beitrags lebender und toter Protisten zum Kohlenstoffkreislauf und zu den Energieflüssen im Boden liefern.

The parent material as major factor for the properties of the biogeochemical interface: Integrative analysis

The formation of biogeochemical interfaces in soils is controlled, among other factors, by the type of particle surfaces present and the assemblage of organic matter and mineral particles. Therefore, the formation and maturation of interfaces is studied with artificial soils which are produced in long-term biogeochemical laboratory incubation experiments (3, 6, 12, 18 months. Clay minerals, iron oxides and charcoal are used as major model components controlling the formation of interfaces because they exhibit high surface area and microporosity. Soil interface characteristics have been analyzed by several groups involved in the priority program for formation of organo-mineral interfaces, sorptive and thermal interface properties, microbial community structure and function. Already after 6 months of incubation, the artificial soils exhibited different properties in relation to their composition. A unique dataset evolves on the development and the dynamics of interfaces in soil in the different projects contributing to this experiment. An integrated analysis based on a conceptual model and multivariate statistics will help to understand overall processes leading to the biogeochemical properties of interfaces in soil, that are the basis for their functions in ecosystems. Therefore, we propose to establish an integrative project for the evaluation of data obtained and for publication of synergistic work, which will bring the results to a higher level of understanding.

Bodengesellschaften und Bodenarten 2001 (Umweltatlas)

Bodengesellschaften und Bodenarten unversiegelter Böden, Konzeptkarte ermittelt aus Bodenuntersuchungen und Nutzungsarten auf Grundlage der Blockkarte 1 : 50.000 (ISU50, Raumbezug Umweltatlas 2001), Bearbeitungsstand Dezember 2003.

Bodengesellschaften und Bodenarten 2005 (Umweltatlas)

Bodengesellschaften und Bodenarten unversiegelter Böden, Konzeptkarte ermittelt aus Bodenuntersuchungen und Nutzungsarten auf Grundlage der Blockkarte 1 : 5.000 (ISU5, Raumbezug Umweltatlas 2005), Bearbeitungsstand Februar 2009.

Bodengesellschaften und Bodenarten 2015 (Umweltatlas)

Bodengesellschaften und Bodenarten unversiegelter Böden, Konzeptkarte ermittelt aus Bodenuntersuchungen und Nutzungsarten auf Grundlage der Blockkarte 1 : 5.000 (ISU5, Raumbezug Umweltatlas 2015), Bearbeitungsstand Dezember 2017.

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