Mineraloberflächen als Brennpunkt für Mikroorganismen und Elementkreisläufe in den Biodiversitäts-Exploratorien

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Dr. Klaus Kaiser

Prof. Dr. Robert Mikutta

Susanne Ulrich

(Uni Halle-Wittenberg)

Prof. Dr. Ellen Kandeler

Luise Brandt

(Uni Hohenheim)

Prof. Dr. Christian Mikutta

(Uni Hannover)

Dr. Marion Schrumpf

De Shorn Bramble

(MPI Jena)

 

Bodenminerale besitzen reaktive Oberflächen, an die organische Substanz und Nährstoffe binden und so vor schnellem Abbau, Mineralisierung und Auswaschung geschützt werden können. Mineraloberflächen werden auch von einer Vielzahl an Mikroorganismen besiedelt. Somit entsteht ein einzigartiger Lebensraum, die sogenannte Mineralosphäre.  Bisher wissen wir wenig darüber, wie Landnutzung und Biodiversität die Zusammensetzung der Mineralosphäre beeinflussen. Das Wechselspiel zwischen mikrobieller Besiedlung einerseits sowie Bindung und Freisetzung von organischer Substanz andererseits hat jedoch unmittelbare Auswirkungen auf die Speicherung und Verfügbarkeit von Kohlenstoff und Nährstoffen.

Um die Prozesse in der Mineralosphäre genauer zu untersuchen, haben wir im Jahr 2015 in den Biodiversitäts-Exploratorien Mineralbeutel in den Böden unter Wald und Grünland installiert. Dazu wurden  kohlenstofffreie Gemische aus Sand und Illit (Tonmineral) bzw. Goethit (Eisenoxid) in 5 cm Tiefe auf allen 300 Experimentierflächen (EPs) und in 25 cm Tiefe auf allen intensiv untersuchten Flächen (VIPs) eingebracht. Im Wald wurden die Minerale außerdem direkt unter den organischen Auflagen platziert.

Nachdem die Mineralbeutel 5 Jahre im Feld verblieben, wurden sie im Jahr 2020 wieder entnommen. Wir vermuten, dass Art und Intensität der Landnutzung, Biodiversität und Bodentiefe Einfluss nehmen auf: (1) die Menge, Zusammensetzung und Stabilität der an Bodenminerale gebundenen  organischen Substanz, (2) die Nährstoffanreicherung, (3) die Zusammensetzung und Aktivität der sich etablierten mikrobiellen Gemeinschaften und (4) die Minerale und ihre Oberflächeneigenschaften.

Diese Aspekte werden mit den Mineralbeuteln sowie in dem sie umgebenden Boden von einem interdisziplinären Team untersucht. Dazu nutzen wir eine Reihe moderner analytischer Methoden aus den Bereichen der Mineralogie, Biogeochemie und Mikrobiologie. Unser gemeinschaftlicher Forschungsansatz wird erstmalig Einblicke in die sich im Grünland und Wald in natürlicher Umgebung und unter realer Landnutzungsintensität entwickelnden Mineralosphären ermöglichen.