Nutzungsintensität von Waldökosystemen als Treiber für die Abundanz, Diversität und Akltivität von nitrifizierenden Mikroorganismen im Boden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Michael Schloter; Dr. Stefanie Schulz
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 61314588

Die Mikroorganismen im Boden gewährleisten die Gesundheit und Funktion dieses Ökosystems. Umgekehrt wird die Aktivität und Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft maßgeblich durch die Bodenstruktur bestimmt. Die Eigenschaften eines Ökosystems und die Leistung der Mikroorganismen sind daher eng verknüpft. Die große Diversität, Dynamic und genetische Flexibilität der Mikroorganismen gewährleistet den Erhalt der Bodenfunktionen auch nach Störungen. Dies ist möglich durch Resistenz, Resilienz, funktioneller Redundanz oder den Erhalt eines Kernmikrobiomes. In diesem Zusammenhang wird häufig die Rolle der rare biosphere diskutiert, die unter gewissen Umständen abundant werden kann. Um die Mechanismen, die den Erhalt der Bodenfunktion gewährleisten, zu verstehen, muss man die aktive mit der vorhandenen mikrobiellen Gemeinschaft vergleichen. Der Sickstoffkreislauf eignet sich besonders gut um diese Mechanismen zu untersuchen, da die beteiligten Mikroorganismen verschiedene Lebensstile aufweisen (autotroph, mixotroph, heterotroph), funktionelle Redundanz für verschiedene Gruppen postuliert wurde (Ammoniakoxidierer und Nitritreduzierer) und die Verfügbarkeit von Ammonium und Nitrat die Pflanzenvielfalt beeinflusst. Im Rahmen der Biodiversitäts-Exploratorien wurde herausgefunden, dass eine hohe Landnutzung die Biodiversität reduziert und dadurch auch bestimmte Ökosystemfunktionen negativ beeinflusst werden. Darum werden wir im Rahmen dieses Projektes den Einfluss der Landnutzungsintensität auf (i) die Expression von Genen für den Stickstoffumsatz (organisch und anorganisch), (ii) Änderungen in der Aktivität der rare biosphere und (iii) der genetischen Organisation der Gene für die Denitrifikation untersuchen. Um die Struktur, Abundanz und Aktivität der beteiligten Mikroorganismen untersuchen zu können, werden wir Metagenom- und Metatranskriptomanalysen mit quantitativer PCR und Amplicon Sequenzierung verbinden. Um Änderungen der aktiven Mikroorganismen zu detektieren, werden mehrmals am Tag und mehrmals im Jahr Proben von den verschiedenen Exploratorien untersucht. Durch diese Strategie werden sowohl tageszeitabhängige als auch saisonale Schwankungen der Feuchtigkeit, Temperatur, des Lichtes und der Wurzelexudation berücksichtigt. Um die Etablierung eines Kernmikrobiomes nachzuweisen, werden Proben der zentralen Probenahme aller Versuchsplots der Biodiversitäts-Exploratorien untersucht. Die Rolle der rare biosphere und den Mechanismen, die hinter der funktionellen Redundanz, Resilienz und Resistenz von Mikroorganismen/Prozessen stehen, wird in verschiedenen Störungsversuchen auf den Grund gegangen. Dabei wird entweder die pflanzliche Diversität manipuliert oder die Sauerstoffverfügbarkeit im Boden. Durch den Vergleich der anwesenden und aktiven Stickstoff umsetzenden Mikroorganismen, wollen wir die Mechanismen ermitteln, die die Bodenfunktion unter verschiedensten Umweltbedingungen sichern.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1374: Biodiversitäts-Exploratorien
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Andreas Focks; Professor Dr. Jean Charles Munch