Untersuchung der Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung als Funktion der Substratchemie, Redoxheterogenität und Aggregatstruktur im Boden

• Antragsteller: Professor Dr. Tillmann Lüders, seit 10/2021
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465123239

Das gegenwärtige Verständnis der Bildung von organischem Kohlenstoff im Boden, dessen Umsetzung, Stabilisierung und Mineralisierung ist unzureichend. Gleichzeitig ist ein solides Verständnis der Steuerung dieser biogeochemischen Prozesse der Schlüssel zu einer verlässlichen Vorhersage langfristiger Entwicklungen der Kohlenstoffspeicherung im Boden, eine der wichtigsten Senken für die ansteigenden atmosphärischen CO2 Konzentrationen. Solche Vorhersagen sind momentan vor allem durch ein mangelhaftes quantitatives thermodynamisches Verständnis dessen limitiert, wie Bodenmikrobiome die verfügbaren organischen Substrate umsetzen, wie sich Substratchemie und Energiegehalt auf mikrobielles Wachstum auswirken, und wie die physikochemischen Bedingungen den Kohlenstoffumsatz modulieren. Unter den vielen verschiedenen Bodenfunktionen, die im SoilSystems Schwerpunktprogramm (SPP 2322) betrachtet werden, möchte das hier beantragte Projekt vor allem zwei zentrale Hypothesen des mikrobiellen Kohlenstoffumsatzes im Boden betrachten: Wir postulieren, dass (I) die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung im Boden wesentlich von den chemischen Eigenschaften der verwendeten Substrate (Oxidationsstufe des C, Anzahl der C-Atome, Funktionalisierung) abhängt; und dass (II) die strukturelle und physikochemische Heterogenität des Bodens die substratabhängigen Kohlenstoffnutzung und die Thermodynamik verringert. Diese Hypothesen werden durch eine Kombination von quantitativen Markierungsexperimenten mit stabilen Isotopen (qSIP) untersucht, bei denen sowohl 13C-markierte Substrate als auch aktivitätsbasierte 18O-Markierungen zum Einsatz kommen. Zudem werden Mikrokosmen mit modulierter Aggregatstruktur und erhöhter physikochemischer Heterogenität untersucht, einhergehend mit einer grundlegenden bioenergetischen Modellierung des mikrobiellen Wachstums. Wir befassen uns auch mit der Frage, ob bodenfreie mikrobielle Zellextrakte methodische Unsicherheiten in der Quantifizierung des mikrobiellen Wachstums in einem so komplexen Habitat wie dem Boden verringern können. Unsere geplanten Arbeiten tragen so zentral zu den Hypothesen B (Substrate) und C (Randbedingungen) des SoilSystems-Konzeptes bei. Eingebettet in Kooperationen mit mehreren Partnern des SPP soll dieses Projekt somit einen zentralen und innovativen Beitrag zu einem besseren quantitativen Verständnis der Kohlenstoff- und Energieflüsse im Boden leisten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Felix Beulig, bis 10/2021