Räumliche Muster der Bildung organischer Bodensubstanz im Unterboden: Einfluss der Nährstoffverfügbarkeit auf die Bildung und Dynamik mikrobieller Hotspots

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Stefanie Heinze; Professor Dr. Bernd Marschner
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452509846

Unterböden sind durch heterogenen Substrat- und Nährstoffeinträge gekennzeichnet. Während die Rhizosphäre als Eintragspfad für SOC in den Unterboden identifiziert wurde, konnten wir an ungestörten Proben des Unterbodens im Grinderwald enzymatisch aktive Hotspots erfassen, die nicht mit Wurzelvorkommen in Verbindung standen. Diese Hotspots können aus präferentiellen Fließwegen entstehen, die als Transportwege für organisches Material und Mikroorganismen in den Unterboden fungieren und dort räumlich begrenzte Hotspots mit erhöhter mikrobieller Aktivität bilden.Basierend auf den geplanten Tracerversuchen von Bachmann/Weiler/Marschner sollen die Eintragspfade identifiziert und das mikrobiell aktive Bodenvolumen, das den SOC-Umsatz im Unterboden beeinflusst, quantifiziert werden, um folgende Hypothesen zu prüfen: a) die mikrobielle und enzymatische Aktivität ist in den Fließwegen höher als in der Bodenmatrix; b) Fließwege sind persistente Hotspots des mikrobiellen C-Umsatzes, die von der Dauer und Häufigkeit des C- und Nährstoffeintrags abhängig sind; c) innerhalb der Fließwege sind Mikroorganismen, die an leicht verfügbaren C angepasst sind, stärker vertreten als in der Matrix; d) kontinuierlicher Input labiler organischer Substanzen in den Fließwegen führt zum "negativen Priming" und erhöht so den SOC Pool; e) das durch den Farbtracer markierte Bodenvolumen ist geringer als das durch erhöhte mikrobielle Aktivität beeinflusste.Um die Hypothesen zu überprüfen, werden Bodenproben aus Fließwegen und der Matrix, als auch aus den Bodensegmenten oberhalb der Saugplatten (Projekt Guggenberger/Kalbitz/Mikutta) entnommen und darin Enzymaktivitäten, Basalatmung, Substratnutzung und Priming Effekte bestimmt. Weiter werden ungestörte Bodenproben von den mit Tracern markierten Profilwänden entnommen und mittels Zymographie die räumliche Ausdehnung der durch Fließwege beeinflussten Hotspots identifiziert und in Kooperation mit Projekt Kandeler/Marhan/Poll die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft bestimmt. Durch die Kombinationsmöglichkeit dieses Ansatzes mit Nährstoff- und Substratzugaben, können limitierende Faktoren für die mikrobielle Aktivität und Zusammensetzung räumlich definiert werden. Anschließend werden weitere Bodeneigenschaften an einer Probenauswahl mittels hochauflösenden Hyperspektral-Aufnahmen kartiert. Mit Hilfe eines Inkubationsversuchs wird die Persistenz der auftretenden Hotspots nach Substratzugabe bestimmt. Diese Verfahren eröffnen uns die einmalige Möglichkeit die räumliche Dimension und die Beständigkeit des fließweg-beeinflussten mikrobiell aktiven Bodenvolumens zu beschreiben und den Beitrag zum SOC-Umsatz zu quantifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen