Strategien von Pflanzen-Mikroorganismengemeinschaften zur Nutzung mineral-assoziierter P-Quellen

• Antragsteller: Professor Dr. Bruno Glaser; Professor Dr. Georg Guggenberger; Professor Dr. Robert Mikutta
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240950800

Geringe Vorräte an leicht verfügbarem Apatit sowie Bindung von anorganischen und organischen Phosphor (P)-Verbindungen an Sekundärminerale gelten als wichtige Ursachen für die zunehmende P-Limitierung von Waldökosystemen auf älteren Böden. Es existieren jedoch Hinweise, dass die Bindung an pedogene Minerale nicht irreversibel ist und Mykorrhiza-Lebensgemeinschaften zum Recycling des mineral-assoziierten P befähigt sind. Über die zugrundeliegenden Prozesse und Steuergrößen ist jedoch kaum etwas bekannt. In diesem Projekt prüfen wir daher die Hypothese, dass diese Lebensgemeinschaften insbesondere in P-limitierten Ökosystemen mineralgebundenen P nutzen. Wir vermuten, dass eine höhere P-Nutzungseffizienz aus Sekundärquellen auf eine vermehrte Investition von Photosyntheseprodukten in verwitterungsaktive Mykorrhiza und Bakterien zurückzuführen ist, wobei diese Strategie für Ektomykorrhiza und Arbuskuläre Mykorrhiza gleichermaßen realisiert wird und dabei sorbiertes Orthophosphat im Vergleich zu organischen P-Monoestern bevorzugt akquiriert wird. Diese Prozesse werden in Mesokosmenexperimenten mit Böden eines P-Gradienten unter Fagus sylvatica (Ektomykorrhiza) und Acer pseudoplatanus (Arbuskuläre Mykorrhiza) untersucht, welchen Adsorptionskomplexe aus Ferrihydrit und Orthophosphat sowie P-Monoestern hinzugefügt werden. Mittels 13CO2-Isotopenmarkierung und substanzspezifischer 13C-Analyse in Phosphorlipidfettsäuren und niedermolekularen Säuren sowie durch Enzymaktivitätsmessungen wird die Investition der Pflanzen in die mikrobiellen Gemeinschaften und Verwitterungsagenzien als Funktion der Boden P-Gehalte und der dargebotenen P-Quellen studiert. Mittels 18O-Isotopenmarkierung sorbierten Orthophosphates und NanoSIMS Applikation soll der direkte Nachweis einer Nutzung von sorbiertem P erbracht werden. In einem Feldexperiment werden die P-Adsorptionskomplexe für ein Jahr in den Böden inkubiert, um die Mesokosmenergebnisse unter natürlichen Bedingungen zu verifizieren. Neben dem mittels Röntgenfluoreszenz- bzw. Photoelektronenspektroskopie erfassten P-Verlust werden die bei der Nutzung der P-Quellen beteiligten mikrobiellen Gemeinschaften mittels quantitativer Echtzeit-PCR und 454-Pyrosequenzing analysiert. Die erzielten Ergebnisse sollen Klarheit darüber schaffen, inwiefern das Recycling von P aus Bindungen mit Sekundärmineralen in Böden relevant ist und durch welche Strategien der Lebensgemeinschaften dies gesteuert wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1685: Ökosystemernährung: Forststrategien zum Umgang mit limitierten Phosphor-Ressourcen
• Mitverantwortliche: Dr. Jens Boy; Dr. Klaus Kaiser