Biodiversität und ökologische Funktion von biologischen Bodenkrusten

 

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Ulf Karsten

Prof. Dr. Peter Leinweber

Dr. Karen Baumann

Dr. Karin Glaser

(Uni Rostock)

Hintergrund

Biologische Bodenkrusten sind eine komplexe Gemeinschaft aus photosynthetisch aktiven Grünalgen, Cyanobakterien, Moosen und Flechten, heterotrophen Pilzen, Protozoen und Bakterien, die die obersten Millimeter des Bodens bedecken.

Die Organismengemeinschaft und ihre Exkretionsprodukte bilden ein Mikro-Ökosystem, dessen ökologische Funktion vor allem bei Pionierbesiedlung von offenen Böden von Bedeutung ist (z.B. Stickstofffixierung durch Cyanobakterien, Primärproduktion, Wasserretention, Stabilisierung der Bodenkrume oder Bereitstellung pflanzenverfügbarer Nährstoffe).

Trotz ihrer wichtigen ökologischen Funktion sind Bodenkrusten hauptsächlich nur in ariden und semiariden Habitaten untersucht. Deshalb soll in diesem Projekt die Artenzusammensetzung der Krusten gemäßigter Breiten aufgeklärt werden und eine mögliche Korrelation mit der Intensität von Landnutzung und Bodenparametern untersucht werden.

 

Ziele


Die Aufklärung der Biodiversität innerhalb der Bodenkruste soll zur Identifikation von Beziehungen der Organismen untereinander und deren Reaktionen auf äußere Faktoren, wie z.B. der Landnutzungsintensität, beitragen.

Die funktionelle Rolle von Bodenkrusten in den biogeochemischen Kreisläufen von C und N soll mittels massenspektrometrischem Fingerabdruck (Py-FIMS, Pyrolyse Feldionisation Massenspektrometrie) und XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) untersucht werden. Diverse C- und N-haltige Komponentenklassen von Krusten und angrenzendem Boden werden dabei charakterisiert und quantifiziert, sodass dann ein Einfluss von Landnutzungsintensität auf Moleküle oder Komponentenklassen statistisch ermittelt werden kann.

P-Fraktionsanalysen der Kruste und des angrenzenden Bodens sollen Aufschluss über die ökologische Funktion der Bodenkruste als Mobilisierer für mineralische P-Komponenten des Bodens geben.

 

Hypothesen


1. Mit steigender Landnutzungsintensität sinkt die Abundanz der stickstofffixierenden Cyanobakterien und bewirkt eine Verschiebung in der Gemeinschaft der Partnerorganismen (ammoniumoxidierende Bakterien und Archaeen).

2. Intensivierte Landnutzung verringert die biochemische Diversität von Molekülen organischer Bodensubstanz bei gleichzeitiger Anreicherung stabiler, N-haltiger Moleküle.

3. Mineralische P-Fraktionen werden durch die biologische Bodenkruste in organische Fraktionen transformiert. Eine Zunahme der Landnutzungsintensität erhöht organische P-Fraktionen in der Kruste.

 

Methoden

  • Kultivierung photosynthetisch aktiver Organismen
  • Lichtmikroskopie
  • PCR und 454 Sequenzierung
  • Py-FIMS (Pyrolyse Feldionisation Massenspektrometrie)
  • C-, N-, P - XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure)
  • P-Fraktionierung
  • 31P-NMR (nuclear magnetic resonance)

 

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Ulf Karsten: Soilcrust
Vergangene Projektbeteiligung von Karin Glaser: ACTIFLAG

 

 

Schema Kruste und Transitional zone soil
Boden
Anreicherungskulturen
Laubmoos
Lebermoos
Prof. Ulf Karsten dokumentiert Impressionen der Schorfheide
Freie Stellen nach Krustenentnahme
Kruste und Kontrollboden
Krusten-Proben auf SEW 7
Prof. Peter Leinweber bei Krustennahme auf der Unterseite einer umgestürzten Buche auf SEW 6
Krustenprobenahme entlang einer Rückegasse auf SEW 30
Pyrolyse-Feldionisation-Massenspektrum mit dazugehörigem Thermogramm der Gesamtionen-Intensität (oberes Insert)