Thermodynamik des mikrobiellen Umsatzes von organischen Substanzen in Boden - Stoff- und Energieflüsse unter unterschiedlichen Umweltbedingungen (Wasser, Nährstoffverfügbarkeit, Temperatur) - TherMic

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thomas Maskow; Dr. Anja Miltner
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465119920

Bodenmikroorganismen treiben die Dynamik der organischen Bodensubstanz (SOM), liefern aber auch einen essentiellen Beitrag zur SOM. Sie modulieren Dynamik und Flüsse des Boden-C durch die mikrobielle Biomasse über verschiedene Kanäle, um letztlich stabilisierte Nekromasse in der SOM zu liefern. Die grundlegende Hypothese des SPP 2322 ist deshalb, dass ein Großteil des C-Flusses zur SOM durch mikrobielle Biomasse erfolgt, die Energie für Wachstum und den Erhaltungsstoffwechsel benötigt. Energetische Betrachtungen von Bodenprozessen basierend auf thermodynamischen Prinzipien sind nötig, weil die Sonnenenergie durch den Boden fließt und teilweise in der SOM gespeichert wird. Im mikrobiellen Metabolismus werden organische Substrate sowohl für Energiebereitstellung als auch für Biomassesynthese genutzt. Außerdem können kleine Mengen von Nährstoffen oder Biomolekülen in Böden zu höheren Biomasseerträgen führen, weil dann weniger Energie für die Synthese von Zellbausteinen benötigt wird. Die mikrobielle 'energy use efficiency' (EUE) und 'carbon use efficiency' (CUE), d.h. die Balance zwischen anabolen und katabolen Prozessen, sind daher wesentliche Determinanten für den mikrobiellen Umsatz von organischen Substraten und die Speicherung von C und Energie in der SOM. Umweltbedingungen, z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Lagerungsdichte und Nährstoffverfügbarkeit, beeinflussen die Beziehung zwischen Stoff- und Energieflüssen und damit EUE und CUE. Deshalb zielt das vorliegende Core-Projekt TherMic darauf, Thermodynamik mit dem mikrobiellen Stoffumsatz und Wachstum sowie mit Änderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft zu verbinden sowie den Einfluss von Umweltbedingungen auf Stoff- und Energieumsatz in Bodensystemen zu untersuchen.TherMic untersucht diese Frage mittels Laborinkubationsstudien mit gleichzeitiger Analyse der C- und Energieflüsse von ausgewählten Substraten (isotopenmarkierte Cellulose, Peptidoglycan) kombiniert mit Kalorimetrie (Energiebilanzen). Inkubationen bei verschiedenen Umweltbedingungen erlauben es, den Effekt von Temperatur, Bodenfeuchtigkeit und Nährstoffverfügbarkeit auf die EUE und CUE zu untersuchen. Zusätzlich entwickeln wir ein für standardisierte Bodentests geeignetes Kalorimeter, um die gleichzeitige Analyse von Stoff- und Energieflüssen für verschiedenste Fragestellungen zu ermöglichen. Schließlich werden unsere Ergebnisse genutzt, um Modelle zur Beschreibung und Vorhersage der Energie- und C-Flüsse auf der Basis von Energie- und Massenbilanz-Daten zu entwickeln.Die Ergebnisse von TherMic werden durch Kooperationen innerhalb des SPP ergänzt, v.a. mit den anderen Core-Projekten, die mikrobielle Gemeinschaften und trophische Netzwerke in den geplanten Experimenten analysieren. Letztendlich wird TherMic ein besseres Verständnis von Umsatzprozessen sowie eine Abschätzung erlauben, welcher Anteil der potentiell verfügbaren Energie unter den gegebenen Bodenverhältnissen wirklich genutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Matthias Kästner