Feedback von Landnutzungsintensität, mikrobieller Vielfalt und leicht verfügbaren Nährstoffen auf die Menge und den Abbau von phenolischen C-Quellen (FeeLoo)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Sara Louise Bauke; Dr. Qing-Fang Bi; Professor Dr. Michael Schloter; Dr. Marion Schrumpf; Dr. Stefanie Schulz
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512307488

Phenolreiche Verbindungen spielen eine wichtige Rolle bei der Zufuhr und dem Umsatz organischer Substanz in Grünlandböden. Im Gegensatz zu anderen pflanzlichen Stoffen im Boden sind sie schwer abbaubar oder sogar toxisch für ausgewählte mikrobielle Taxa. Die am Abbau beteiligte mikrobielle Gemeinschaft weist im Vergleich zu anderen mikrobiellen Gruppen eine geringe Diversität und eine geringe funktionelle Redundanz auf. Daher wird angenommen, dass die Auswirkungen von LUI auf die Verwerter von Phenolverbindungen im Vergleich zu anderen pflanzlichen Stoffen im Boden stärker ausgeprägt sind. Außerdem wird die Aktivität der Mikroorganismen die Phenolverbindungen abbauen im Boden stark von der Verfügbarkeit anderer Nährstoffe beeinflusst, um eine stabile Nährstoffstöchiometrie in den mikrobiellen Zellen zu gewährleisten. Daraus ergibt sich ein Kompromiss zwischen mikrobieller Vielfalt und Nährstoffverfügbarkeit entlang des Gradienten der Landnutzungsintensität in den Biodiversitätsexploratorien. In unserem Projekt möchten wir untersuchen, ob (1) die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft entlang der Landnutzungsintensitätsgradienten in einer Weise verändert wird, die ihr funktionelles Potenzial zum Abbau von Phenolverbindungen verringert. (2) Ob dies zu einer verminderten Aktivität von Lignin abbauenden Enzymen führt, und damit zu einer Anreicherung von phenolischen Verbindungen aus Pflanzenstreu oder Wurzelexudaten führt, und (3) ob dieser Prozess nach der Extensivierung von Grünland reversibel ist. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir interdisziplinäres Fachwissen aus den Bereichen Mikrobiologie, SOM-Charakterisierung und Umsatzprozessanalyse in einer Reihe von Experimenten kombinieren. Zunächst werden wir die SOM-Qualität und die Nährstoffverfügbarkeit sowie die mikrobielle Gemeinschaft, die am Abbau von Phenolverbindungen beteiligt ist, auf allen 150 Grünlandplots charakterisieren, um zu bewerten, welche Auswirkungen eine Verschiebung der Nährstoff- und Mikrobenzusammensetzung auf das Abbaupotenzial hat. Zweitens werden wir in einem 13C-Markierungsexperiment die Auswirkungen von LUI auf Lignin- (als Modellsubstanz für Wurzelreste) und Cumarsäure-bürtiges C (Modellwurzelexsudat und Metabolit des Ligninabbaus) untersuchen und die aktiv beteiligten Mikroben identifizieren. Drittens werden wir ein Experiment zum Abbau von Wurzelstreu in extensivierten LUX-Flächen durchführen, um zu bewerten, wie effizient Lignin aus der Wurzelstreu bei unterschiedlichem LUI abgebaut wird und ob dies verbessert werden kann, wenn die Düngung mit leicht verfügbaren Nährstoffen ausgelassen wird. Auf der Grundlage dieses umfassenden Datensatzes werden wir in der Lage sein, eine Datensynthese durchzuführen, um die begrenzenden Faktoren für den effizienten Abbau von Phenolverbindungen zu ermitteln und unser mechanistischen Verständnis über den Abbau von phenolischen Verbindungen aus Wurzelexudaten und Pflanzenwurzelbiomasse signifikant verbessern.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1374: Biodiversitäts-Exploratorien