FOR 2337:  Denitrification in Agricultural Soils: Integrated Control and Modelling at Various Scales (DASIM)

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270261188

Denitrifikation, also die mikrobielle Nitratreduktion bzw. Nitratatmung unter anaeroben Bedingungen, ist Schlüsselprozess für die Umwandlung von reaktivem Stickstoff in atmosphärisches N2. Die verschiedenen Reaktionsschritte (NO3-, NO2-, NO, N2O, N2) werden durch eine Vielzahl enzymatischer Reaktionen von Prokaryoten und einigen Eukaryoten durchgeführt. Aktive Denitrifikanten-Gemeinschaften im Boden sind durch unterschiedliche regulatorische Phänotypen (DRP) gekennzeichnet, die jeweils durch typische Reaktionsschritte und Endprodukte charakterisiert sind. Derzeit ist noch unklar, wie DRPs taxonomisch einzuordnen sind und wie sie durch die Umwelt beeinflusst werden. Trotz der seit mehr als 100 Jahre intensiven Denitrifikationsforschung können Denitrifikationsraten und die Freisetzungen der entstehenden Gase noch nicht zufriedenstellend quantifiziert und vorhergesagt werden. Während ein gutes Verständnis der Auswirkungen einzelner Umweltparametern vorhanden ist, sind die komplexen Interaktionen und deren Auswirkungen auf die zelluläre Regulation in einer komplexen Matrix wie des Bodens noch weitgehend unbekannt. Schlüsselparameter im Boden sind die Sauerstoffkonzentration (pO2), der Gehalt und die Qualität der organischen Substanz, der pH-Wert und die mikrobielle Struktur, die wiederum von der Bodenstruktur, Bodenchemie und den Interaktionen zwischen Boden und Pflanzen beeinflusst sind. Das Ziel von DASIM ist die quantitative Vorhersage von Denitrifikationsraten in Abhängigkeit der mikroskaligen Bodenstruktur, der Qualität des Humus, der DRPs und der atmosphärischen Randbedingungen. Mit Hilfe modernster experimenteller und analytischer Verfahren (u.a. x-ray µCT, 15N-18O tracing, NanoSIMS und Mikrosensoren, NMR-Spektroskopie und molekularen Methoden einschließlich der ,next generation sequencing, funktionaler Transkriptome), soll der Prozess der Denitrifikation mit einer bisher beispiellosen räumlichen und zeitlichen Auflösung untersucht werden. Mit Hilfe verbesserter numerischer Verfahren und aufgrund der vorliegenden Rechenkapazitäten sollen die Ergebnisse aus den verschiedenen Gruppen integriert werden und dazu dienen neue Denitrifikationmodelle von der Mikroskala (Phase 1) bis zur Feld/Plot-Skala (Phase 2) zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Denitrifikation in Bezug auf die Bodennitrit- und Nitratdynamik - zur Quellendifferenzierung in ungestörtem Boden (Antragstellerinnen / Antragsteller Müller, Christoph ;  Wrage-Mönnig, Nicole )
• Einfluss von Kulturpflanzenwurzeln auf die Bodenumwelt für die Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden (Antragsteller Dittert, Klaus )
• Experimentelle Untersuchungen der Denitrifikation in mehrskaligen porösen Medien und Boden (Antragsteller Schlüter, Steffen ;  Vogel, Hans-Jörg )
• Feldmessung von N2- und N2O-Emissionen und zugehöriger Prozesse mit hoher Empfindlichkeit und in hoher Auflösung unter Verwendung weiterentwickelter Stabilisotopentechniken als Basis für die Evaluierung von Modellen (Antragsteller Well, Reinhard )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Müller, Christoph )
• Neue Ansätze zur Messung und Modellierung des Einflusses von Pflanzen auf die Denitrifikation (Antragsteller Butterbach-Bahl, Klaus ;  Frosch, Torsten )
• Regulation, Ökophysiologie und kinetische Parameter unkultivierter, N-Gas-Fluss assoziierter, anaerober mikrobieller Gemeinschaften in landwirtschaftlich genutzten Böden: Hin zu einer räumlichen Auflösung im Mikroskala-Bereich (Antragsteller Horn, Marcus A. )
• Simulation von Denitrifikation auf mehreren Skalen (Antragsteller Ippisch, Olaf )
• Von Einzelfraktionen zu ungestörtem Boden: Bedeutung organischer Substanz für Denitrifikationsprozesse (Antragsteller Böttcher, Jürgen ;  Mikutta, Robert )

• Sprecher: Professor Dr. Christoph Müller