Minerale und ihre Wechselwirkung mit gelöster organischer Substanz als Regulatoren der Stabilisierung mikrobieller Nekromasse im Boden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Robert Mikutta; Dr. Marion Schrumpf
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465122686

Mikrobielle Nekromasse trägt erheblich zur stabilen organischen Substanz des Bodens bei. Dieser sogenannte „Bestattungseffekt“, also Aufbau und anschließende Stabilisierung nekromassebürtigen Materials, ist bislang mechanistisch unzureichend verstanden. Es ist hingegen bekannt, dass Kohlenstoff im Boden durch Bindung gelöster organischer Substanz an Oberflächen reaktiver Minerale stabilisiert wird. Wir planen deshalb Untersuchungen (i) zur Produktion und Reaktivität (biologische Abbaubarkeit und Sorptionsstärke) gelöster organischer Substanz entlang des Abbaukontinuums von Pflanzenstreu hin zu mikrobieller Nekromasse sowie (ii) zum Einfluss sorptiver Stabilisierung organischer Verbindungen auf Struktur, Kohlenstoff- bzw. Energienutzung mikrobieller Gemeinschaften. In diesem Projekt sollen erstmalig Wechselwirkungen zwischen Nekromasseaufbau und Sorption gelöster organischer Substanz anhand von Stoff- und Energieflüssen bestimmt werden. Entsprechend trägt das Projekt zu den Zentralhypothesen C (Randbedingungen) als auch B (biologische Komplexität) des SPP 2322 bei. Unser Projektvorschlag verknüpft den direkten Abbau von Pflanzenstreu und mikrobieller Nekromasse im Boden mit eingehenden Analysen der zugrundeliegenden Prozesse, um beteiligte Einzelschritte hin zur Stabilisierung nekromassebürtigen Materials durch Sorption an Minerale aufzuklären. Dazu werden (i) Inkubationsexperimente zur Produktion gelöster organischer Substanz während des Abbaus von Pflanzenstreu sowie von bakterieller und pilzlicher Nekromasse, (ii) Sorptionsexperimente mit verschiedenen reinen Mineralen, (iii) Abbauversuche mit gelöster organischer Substanz vor und nach Sorption, (iv) Tests zur Stabilität mineral-gebundener organischer Substanz sowie (v) Inkubationsversuche mit markierter Pflanzenstreu und mikrobieller Nekromasse in natürlichen Böden durchgeführt. Der schrittweise Versuchsaufbau zielt darauf, die Effizienz des Transfers von Kohlenstoff und Energie aus verschiedenen organischen Substraten hin zu Mineraloberflächen bewerten zu können. Die Bestimmung der molekularen Zusammensetzung und des Energiegehalts gelöster als auch gebundener organischer Substanz sowie der mikrobiellen Gemeinschaft mittels moderner analytischer Verfahren, unter anderem FT-ICR-MS und XPS, ermöglichen dabei neue Einblicke in die Mechanismen der Stabilisierung von Nekromasse im Boden. Das Projekt leistet somit einen Beitrag zum Verständnis, wie Minerale die mikrobielle Energienutzung regulieren und trägt damit zur Weiterentwicklung aktueller Modelle zum Kohlenstoffumsatz in Böden unter expliziter Berücksichtigung der Mikroorganismen bei.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2322: Systemökologie von Böden – das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung
• Mitverantwortliche: Dr. Klaus Kaiser; Dr. Thimo Klotzbücher; Dr. Oliver Lechtenfeld