FeIII-FeII getriebene biogeochemische Mechanismen des C und P Kreislaufs in Nassreisböden unter dynamischen Redox-Bedingungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Überflutung oder Austrocknung des Bodens führt zum raschen Einsetzen von reduzierenden oder oxidierenden Bedingungen. Die sich ändernden Redoxbedingungen beeinflussen die Eigenschaften von redoxempfindlichen Eisenmineralen (Fe) erheblich, die wiederum den Kreislauf von essentiellen Nährstoffen, z. B. P und C, in den Böden durch Sorptions- /Desorptions- und (Ko-)Fällungs-/Lösungsprozesse beeinflussen. Das übergeordnete Ziel des Projekts bestand darin, die Wechselbeziehungen zwischen redoxsensiblen Eisen (III)- und Eisen(II)-Mineralien und dem P- und C-Kreislauf in Reisböden zu untersuchen. Das spezifische ursprüngliche Ziel des an der Universität Göttingen durchgeführten Einzelprojekts (dieser Bericht) war (i) die Untersuchung des quantitativen Beitrags der reduktiven Auflösung von Fe-gebundenem anorganischem P (Fe-P) zum Bedarf von Reispflanzen und Mikroorganismen. Darüber hinaus wurde das Arbeitspaket erweitert, um (ii) die Auswirkungen der reduktiven Auflösung von Fe(III) auf das Wachstum der Reispflanzenwurzeln zu untersuchen und (iii) die Auswirkungen einer kontinuierlichen Überflutung oder eines abwechselnden Befeuchtungs- und Trocknungsregimes auf die Dynamik der P-Freisetzung aus Fe-P und Weizenstroh (organische P-Quelle) zu untersuchen. In einer Reihe von Experimenten mit Reispflanzen, die in chinesischem Reisboden angebaut wurden, quantifizierten wir den Beitrag von Fe-abgeleitetem P zur pflanzlichen und mikrobiellen Aufnahme unter Verwendung von 32P-markiertem Ferrihydrit, das entweder in Polyamid- Netzbeuteln geliefert wurde, um Wurzeln, nicht aber Mikroorganismen, an der direkten Fe-P-Mobilisierung zu hindern, oder direkt mit dem Boden vermischt wurde, um Wurzeln und Mikroorganismen Zugang zum Fe-P zu ermöglichen. Es wurde ein neuartiges In-situ-Phosphor- Imaging-Verfahren unter Überflutung entwickelt, um die P-Aufnahme durch Reiswurzeln zu ermitteln, die durch die Fe-P-Auflösung freigesetzt wird. Die doppelte P-Markierung mit 32P-Ferrihydrit und 33P-Weizenstroh wurde zum ersten Mal angewandt, um die quantitativen Beiträge der Fe-P-Auflösung und der organischen P-Mineralisierung zur P-Ernährung von Reispflanzen und Mikroorganismen bei Überflutung und abwechselnder Befeuchtung und Trocknung abzuschätzen. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass Fe-P und Weizenstroh als wichtige P-Quellen für den Reisanbau dienen und bis zu 16 % bzw. 20 % des pflanzlichen P-Bedarfs decken können. Eine hohe C-Verfügbarkeit für Mikroorganismen in der Rhizosphäre verstärkte die P- Mobilisierung. Die kontinuierliche Überflutung erhöhte den Beitrag des aus der Fe-P- Auflösung und der Zersetzung des Weizenstrohs freigesetzten P zur P-Ernährung im Vergleich zu abwechselnden Befeuchtungs- und Trocknungsregimen. Mikroorganismen waren konkurrenzfähiger für organischen P als Reispflanzen, und Reispflanzen konkurrierten mit Mikroorganismen um den aus der reduktiven Auflösung von Fe-P freigesetzten P. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass obwohl die P-Menge aus der Fe-P-Auflösung und der Zersetzung von Weizenstroh den P-Bedarf sowohl der Reispflanzen als auch der Mikroorganismen nicht vollständig deckte, die Phosphatdüngungsstrategien an die P-Mobilisierungsraten aus Fe(oxyhydr)oxiden und Stroh bei unterschiedlichen Wasserregimen angepasst werden sollten. Reissorten mit verlängerten Kronenwurzeln werden die P-Aufnahme erhöhen, wenn der P-Gehalt in Reisböden begrenzt ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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an ferric iron reduction in paddy soils compensate phosphorus limitation of rice plants and microorganisms? EGU22-7241, EGU General Assembly 2022
Wang, C.Q.; Dippold, M.A.; Guggenberger, G. & Dorodnikov, M.
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Can the reductive dissolution of ferric iron in paddy soils compensate phosphorus limitation of rice plants and microorganisms?. Soil Biology and Biochemistry, 168, 108653.
Wang, Chaoqun; Thielemann, Lukas; Dippold, Michaela A.; Guggenberger, Georg; Kuzyakov, Yakov; Banfield, Callum C.; Ge, Tida; Guenther, Stephanie; Bork, Patrick; Horn, Marcus A. & Dorodnikov, Maxim
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Microbial iron reduction compensates for phosphorus limitation in paddy soils. Science of The Total Environment, 837, 155810.
Wang, Chaoqun; Thielemann, Lukas; Dippold, Michaela A.; Guggenberger, Georg; Kuzyakov, Yakov; Banfield, Callum C.; Ge, Tida; Guenther, Stephanie; Bork, Patrick; Horn, Marcus A. & Dorodnikov, Maxim
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Reductive dissolution of ferric iron changes rice root morphology in phosphate-deficient paddy soils. DBG Annual Meeting 2022
Wang, C.Q.; Dippold, M.A.; Guggenberger, G.; Kuzyakov, Y. & Dorodnikov, M.
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Reductive dissolution of iron phosphate modifies rice root morphology in phosphorus-deficient paddy soils. Soil Biology and Biochemistry, 177, 108904.
Wang, Chaoqun; Thielemann, Lukas; Dippold, Michaela A.; Guggenberger, Georg; Kuzyakov, Yakov; Banfield, Callum C.; Ge, Tida; Guenther, Stephanie & Dorodnikov, Maxim
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The wetter the better: Rice outcompetes microorganisms for iron-oxide bound P under continuous flooding, DBG Annual Meeting 2023
Dorodnikov, M.; Wang, C.Q.; Dippold, M.A.; Guggenberger, G. & Kuzyakov, Y.
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The wetter the better? Preferences in plant-microbial competition for phosphorus sources in rice cultivation under contrasting irrigation. Soil Biology and Biochemistry, 191, 109339.
Wang, Chaoqun; Dippold, Michaela A.; Guggenberger, Georg; Kuzyakov, Yakov; Guenther, Stephanie & Dorodnikov, Maxim
