Mikroorganismen und der Umsatz von Bodenaggregaten: Die Bedeutung von extrazellulären polymeren Substanzen

• Antragstellerin: Dr. Cordula Vogel
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321668901

Die Aggregierung von Böden bestimmt die Kohlenstoffsequestrierung, das Pflanzenwachstum und die Bodenfruchtbarkeit. Mikrobielle Prozesse sind wichtige Steuergrößen für den Aggregatumsatz (Aufbau, Stabilität, Abbau). Allerdings wird sehr kontrovers diskutiert, welche Prozesse dafür von besonderer Bedeutung sind. Ein denkbarer Mechanismus ist die Ausscheidung extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) durch Mikroorganismen, die als mikrobieller Klebstoff von Bodenpartikeln fungieren. Es ist nicht bekannt, ob der Gehalt und die Zusammensetzung von EPS die Makroaggregierung beeinflussen. Zudem sind die Zusammenhänge zwischen wichtigen Aggregierungsfaktoren wie dem Tongehalt, der Abbaubarkeit der organischen Substanz und den Mikroorganismen (Gehalt und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften sowie deren Ausscheidung von EPS) noch wenig erforscht. Daher besteht das Hauptziel dieses Antrages darin, die komplexen Interaktionen zwischen diesen Faktoren und deren Bedeutung für den Aggregatumsatz näher zu bestimmen. Dabei geht es vor allem um die Untersuchung der Mechanismen, welche die zeitliche Dynamik des Umsatzes von Makroaggregaten steuern. Die Bedeutung von EPS (Gehalt und Zusammensetzung) für die Bildung und Stabilität von Makroaggregaten steht dabei im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses. Grundlage der Untersuchungen ist ein Inkubationsexperiment, in dem durch Gradienten im Tongehalt und der Abbaubarkeit der organischen Substanz die mikrobielle Aktivität gezielt manipuliert wird. Wir nehmen an, dass durch die Zugabe von organischen Modelsubstanzen ein Anstieg der mikrobiellen Aktivität erfolgt, welcher zur Stimulierung der EPS Produktion führt und damit die Bildung und Stabilität von Makroaggregaten erhöht. Darüber hinaus vermuten wir, dass EPS-Proteine stärker zur Aggregatstabilität beitragen als EPS-Polysaccharide. Im Projekt wird eine Kombination von Aggregattrennungs- und Aggregatstabilitätstests angewendet. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Bezug zu mikrobiellen Parametern gesetzt (CO2 Respiration, Menge und Zusammensetzung der mikrobiellen Biomasse, Gehalt sowie die Zusammensetzung von EPS), um die Faktoren und Mechanismen aufzuklären, welche den Umsatz von Makroaggregaten steuern. An wasserstabilen Makroaggregaten wird direkt untersucht, ob EPS-Proteine oder EPS-Polysaccharide stärker zu deren Stabilität beitragen. Unter anderem werden wir mit Hilfe von hochauflösender Massenspektrometrie einen detaillierten Einblick in die molekulare Zusammensetzung von EPS erhalten. Der innovative Ansatz des Projektes wird wichtige Schlussfolgerungen zulassen, ob und wie EPS die Makroaggregatierung beeinflusst. Die Erweiterung des Verständnisses über die Wechselwirkungen verschiedener Faktoren und mikrobieller Prozesse, welche dem Aggregatumsatz in Böden zugrunde liegen, kann zu einer nachhaltigen Bodennutzung, zur Verringerung der Bodenerosion und zur Erhöhung der Kohlenstoffsequestrierung in Böden beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen