Extrazelluläre polymere Substanzen und Aggregatstabilität - wie Mikroorganismen die Bodenerosion durch Wasser beeinflussen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professorin Dr. Kornelia Smalla
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316446092

Das Landschaftsbild auf unserer Erde wird entscheidend durch die Bodenerosion geprägt, wobei die Aggregatstabilität der Böden einen grundlegenden Faktor für das Ausmaß der Erosion darstellt. Mikrobielle Prozesse werden bisher nicht als wichtige Steuergröße der Bodenerosion angesehen, obwohl sie durch mikrobielle Produktion von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) zur Stabilität von Bodenaggregaten beitragen können. Gegenwärtig ist dazu unter in situ Bedingungen nur wenig bekannt. Wir wollen daher die komplexen Wechselwirkungen zwischen Vegetation, der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft und ihrer Fähigkeit zur EPS-Produktion untersuchen. Die Auswirkungen von EPS-Mengen und deren Zusammensetzung auf die Stabilität von Bodenaggregaten und folglich auf die Erosionsanfälligkeit der Böden durch Wasser stellt dabei den Hauptschwerpunkt dar. Mit unserem Ansatz verknüpfen wir verschiedene zeitliche und räumliche Skalen und tragen zu einer entscheidenden Erweiterung des Wissens über die biotische Regulation von Erosionsprozessen bei. Unser Projekt basiert auf zwei Gradienten; einem Niederschlagsgradienten zwischen drei Untersuchungsgebieten in Südspanien (Almería Provinz) und einem Gradienten der Vegetationsbedeckung innerhalb dieser Untersuchungsgebiete. Beginnen wird unser Projekt mit Geländestudien, bei denen die Beziehungen zwischen Vegetation, der bakteriellen Gemeinschaft und EPS (Menge, Zusammensetzung) bestimmt werden, um herauszufinden wie diese die Aggregatstabilität der Böden beeinflussen. Danach werden Experimente im Gewächshaus und in Rhizoboxen durchgeführt, die auf detaillierte Erkenntnisse zum Einfluss der Pflanze auf die bakterielle Bildung von EPS und den Auswirkungen auf die Aggregatstabilität abzielen. Die Experimente mit Rhizoboxen richten sich insbesondere auf räumliche Aspekte der bakteriellen Produktion von EPS in der Rhizosphäre. Regensimulationsexperimente im Gelände dienen als Beweis, ob Veränderungen in der Aggregatstabilität, hervorgerufen durch unterschiedliche Mengen und Zusammensetzung von EPS, auch zu Veränderungen der Bodenerosion durch Wasser führen. Wir werden in diesem Projekt neuartige Methoden zur Extraktion und Charakterisierung (räumlich, chemisch) von EPS etablieren. In allen Experimenten werden die Bodenproben mit einer einzigartigen Kombination anspruchsvoller Methoden aus der molekularen mikrobiellen Ökologie (z.B. 16S rRNA Amplikonsequenzierung, quantitative PCR, PCR-Southern blot Hybridisierung), der Mikroskopie (z.B. CLSM, CARD-FISH, gold-FISH, ESEM), der Bodenkunde (z.B. Aggregatgrößenfraktionierung, Bestimmung der Aggregatstabilität, Regensimulationsexperimente) und der Spektroskopie (z.B. Fluoreszenz, Pyrolyse GC/MS, High Resolution MS) untersucht. Durch diesen innovativen und interdisziplinären Ansatz ermöglicht unser Projekt einzigartige Erkenntnisse zur Regulierung der Aggregatstabilität und somit der Bodenerosion durch bakterielle Gemeinschaften über die Produktion von EPS.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Cordula Vogel