Microheat-2: Kohlenstoff- und Energieumsatz von komplexen Substraten und in intakten Böden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Evgenia Blagodatskaya; Dr. Thomas Reitz; Dr. Steffen Schlüter
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465122443

Die Effizienz des Kohlenstoffumsatzes im Boden hängt vom Ausgangssubstrat und den Bedingungen im Boden ab, die gemeinsam die metabolischen Umsatzpfade steuern und in charakteristischen Kohlenstoff- und Energieumsätzen resultieren. In der ersten Projektphase lag das Augenmerk auf der Verwertung von einfachen Substraten (Glukose, Cellobiose, Cellulose) in homogenisiertem Boden, mit dem Ziel den Abbau mittels Aktivitätsmessung von spezifischen Enzymen, in Kombination mit kalorespirometrischen Messungen, umfänglich erfassen zu können. Dabei zeigten sich interessante zeitliche Muster, wie die Entkopplung des Wärme- und CO2-Flussspitzen, und räumliche Effekte, wie die Veränderung der Umsatzkinetik bei verschiedener Substrateinmischung. In der zweiten Phase möchten wir diese Erkenntnisse in zwei Hauptrichtungen erweitern. Zum einen streben wir eine breitere Auswahl an Ausgangssubstraten mit gleichem C-Gehalt (6 C Atome; Glukose, Cellobiose, Lysine, Phenol) aber variierenden Verbrennungsenthalpien und Gibbs-Energien an, um in vergleichenden Inkubationen den Einfluss dieser Substratmerkmale auf den C- und Energieumsatz des Boden-Mikrobioms, sowie Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaften zu erfassen. Die Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ist im Core Experiment „E-ComPLEX“ gebündelt, an dem sich mehrere Projekte beteiligen werden und welches federführend in diesem Projekt durchgeführt wird. Das Hauptziel von E-ComPLEX ist zu verstehen, wie effizient das Mikrobiom das Primärsubstrat verwendet, indem es Kohlenstoff und Energie in seiner eigenen Biomasse festlegt bzw. Bausteine aus diesem Sekundärsubstrat recycelt. Über E-ComPLEX hinaus führen wir Versuche mit gemischten Substraten durch, um den Einfluss der Stöchiometrie von verfügbaren Nährelementen im Boden, spezifisch die Verfügbarkeit von Stickstoff, auf den C- und Energieumsatz bei der Verwertung von C6-Substraten zu untersuchen. Der andere Schwerpunkt in der zweiten Phase sind Versuche mit intakten Bodenkernen statt homogenisiertem Boden. Es ist bekannt, dass die Position des Substrates im Porenraum die Zugänglichkeit für das Mikrobiom sowie die Nachlieferung von Sauerstoff und Nährstoffen und somit die Umsatzkinetik des Substrates steuert. Ziel des Projektes ist es, den Einfluss von natürlicher Substratverteilung auf den C- und Energieumsatz während der Wiederbefeuchtung von trockenen Böden zu untersuchen. Zwar sind in intaktem Boden die Ausgangssubstrate unbekannt, aber es sind Vergleiche mit neu gepackten Vergleichsproben gleicher Lagerung, Feuchte und labiler C-Menge möglich. Mit Röntgen-CT kann die räumliche Heterogenität erfasst und mit Unterschieden in den Umsatzkinetiken assoziiert werden. Das Microheat-2-Projekt liefert zudem auf unterschiedlichen Wegen wichtige zum Schwerpunktprogramm 2322. Es führt Kalorimetermessungen für andere Projekte durch, steuert Röntgen-CT Messungen bei und liefert Messdaten für Modellierungsprojekte.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung