Verständnis und Vorhersage zum Einfluss der Mykorrhiza-Arten auf den Abbau der organischen Bodensubstanz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wälder speichern große Mengen an terrestrischem Kohlenstoff (C) und entziehen der Atmosphäre jährlich mehrere Milliarden Tonnen an anthropogen emittiertem C. Etwa die Hälfte des assimilierten C wird in die Wurzel und zu Wurzelsymbionten wie Mykorrhizapilzen verlagert. Nahezu alle Feinwurzeln der Bäume sind entweder mit arbuskulären (AM) oder mit Ektomykorrhizapilzen (ECM) besiedelt. Im Gegensatz zu den meisten anderen Mikroorganismen im Boden sind Mykorrhizapilze nicht C-limitiert, da sie über ihren autotrophen Wirt mit C versorgt werden. Damit spielen sie eine wichtige Rolle bei der Nährstoffmobilisierung durch den Abbau der organischen Bodensubstanz (OBS). Ziel dieses Projekts war es, die Rolle der Mykorrhizapilze beim Kohlenstoffeintrag in den Boden, beim Umsatz der OBS und bei der Kohlenstoffspeicherung zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen haben wir modernste Instrumente verwendet, insbesondere Isotopenansätze in Kombination mit mikrobiologischen Techniken. Unsere Untersuchungen erstreckten sich über verschiedene zeitliche und räumliche Skalen. Unsere Ergebnisse zeigten einen 2- bis 5-mal höhere C-Eintrag in den Boden und eine größere Rhizosphärenausdehnung bei Pflanzen mit ECM. Da ECM-Pilze nicht C-limitiert sind, nahm die Aktivität von Enzymen, die am C-Kreislauf beteiligt sind, ab, während die Aktivität von Enzymen des Stickstoff- (N) und Phosphor- (P) Kreislaufs zunahm. Die Symbiose mit AM-Pilzen verringerte die relative C- Verlagerung (% des assimilierten C) in die Wurzeln, führte jedoch gleichzeitig zu einer erhöhten netto Rhizodeposition. Während die Rhizodeposition bei mykorrhizierten Pflanzen 16 Wochen nach der Pflanzung höher ausfiel, war der Rhizosphären-Priming-Effekt niedriger. Dies lässt auf ein erhöhtes Potenzial zur C-Speicherung durch Pflanzen mit AM schließen. In Wäldern, die von ECM-Bäumen dominiert werden und eine geringe mineralische N-Verfügbarkeit aufweisen, während ein größerer Teil der OBS in partikulärer Form vorliegt, erhöhte sich der Abbau der OBS um 58% unter dem Einfluss eines invasiven Grases. Hingegen zeigte sich in Flächen, die von AM-Bäumen dominiert sind und durch hohe N-Verfügbarkeit sowie einen Großteil der OBS in mineral-assoziierter Form gekennzeichnet sind, eine Abnahme des Abbaus um 14%. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass trotz höherer Gesamt-C-Vorräte im Oberboden von ECM-Systemen der C weniger stabil ist. In einer zweiten Feldstudie wurde der Beitrag verschiedener Quellen zur partikulären und mineral-assoziierten OBS untersucht. Als Voraussetzung hierfür entwickelten wir eine Methode zur Extraktion von AM-Hyphen aus Wurzeln für die Isotopenanalyse. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Pilzrückstände und nicht Pflanzenreste die Hauptquelle des an Mineraloberflächen gebundenen C sind. Dieses Ergebnis wurde durch die Analyse von Aminozuckern, als Biomarker für pilzliche und bakterielle Nekromasse, bestätigt. Pilzrückstände, v.a. von ECM und saprotrophen Pilzen, tragen mit mehr als 60% wesentlich zur mineral-assoziierten OBS bei. Mit diesem Projekt konnten wir ein umfassenderes Verständnis der Rolle unterschiedlicher Mykorrhiza-Typen in Bezug auf C-Eintrag, Umsatz der OBS und Nährstoffkreislauf gewinnen. Zudem wurden die Beiträge verschiedener Quellen zu partikulären und mineral-assoziierten OBS in Wäldern mit AM- bzw. ECM-Dominanz quantifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Arbuscular mycorrhiza enhances rhizodeposition and reduces the rhizosphere priming effect on the decomposition of soil organic matter. Soil Biology and Biochemistry, 140, 107641.
Zhou, Jie; Zang, Huadong; Loeppmann, Sebastian; Gube, Matthias; Kuzyakov, Yakov & Pausch, Johanna
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Organic matter priming by invasive plants depends on dominant mycorrhizal association. Soil Biology and Biochemistry, 140, 107645.
Kumar, Amit; Phillips, Richard P.; Scheibe, Andrea; Klink, Saskia & Pausch, Johanna
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Stable C and N isotope natural abundances of intraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi. Mycorrhiza, 30(6), 773-780.
Klink, Saskia; Giesemann, Philipp; Hubmann, Timo & Pausch, Johanna
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Ectomycorrhizal and non‐mycorrhizal rhizosphere fungi increase root‐derived C input to soil and modify enzyme activities: A 14C pulse labelling of Picea abies seedlings. Plant, Cell & Environment, 45(10), 3122-3133.
Zhou, Jie; Gube, Matthias; Holz, Maire; Song, Bin; Shan, Immo; Shi, Lingling; Kuzyakov, Yakov; Dippold, Michaela A. & Pausch, Johanna
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Stable isotopes reveal that fungal residues contribute more to mineral-associated organic matter pools than plant residues. Soil Biology and Biochemistry, 168, 108634.
Klink, Saskia; Keller, Adrienne B.; Wild, Andreas J.; Baumert, Vera L.; Gube, Matthias; Lehndorff, Eva; Meyer, Nele; Mueller, Carsten W.; Phillips, Richard P. & Pausch, Johanna
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Tracing soil carbon and nitrogen cycling in arbuscular and ectomycorrhizal systems. Dissertation, 2022, University of Bayreuth, Faculty of Biology, Chemistry, Earth Sciences.
Klink S.
