Mikrobielle Besiedlungsstrategien und Ressourcennutzung in Grünlandböden mit unterschiedlicher Landnutzungsintensität

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Ellen Kandeler

Dr. Sven Marhan

Runa Boeddinghaus

Doreen Berner

(Uni Hohenheim)

 

Hintergrund

In diesem Projekt werden klein- und großräumige Einflüsse der Landnutzungsintensität auf das Vorkommen und die Funktionen von Bodenmikroorganismen in Grünlandböden untersucht. Das aktuelle Projekt baut auf den Ergebnissen der drei vorherigen Phasen aus der Zeit von 2008–2017 auf. In diesen stellten Untersuchungen auf einer Skala von 10 x 10 m einen Einfluss von Landnutzungsintensität auf die räumliche Verteilung von Bodenmikroorganismen fest. Hierbei zeigte sich, dass räumliche Unterschiede von Bodenmikroorganismen nur auf einer kleineren (< 12 cm) oder nächst größerer Skala (> 10 m) herbeigeführt werden. Entsprechend dieser Ergebnisse untersucht das aktuelle Projekt (Laufzeit 2017–2020) die Verteilung und Funktion von Bodenmikroorganismen auf kleinstem Raum, sowie auf regionaler Ebene.


Die Forschungsarbeit befasst sich mit vier Schwerpunkten:


1. Besiedlung neuer Oberflächen (Minerale, organo-mineralische Komplexe und Wurzeln) durch Mikroorganismen.

2. Aufteilung der Nahrungsressourcen zwischen Bakterien und Pilzen in der Detritusphäre (Streuabbauschicht) und der Rhizosphäre (Wurzelumgebung).

3. Reaktion der mikrobiellen Gemeinschaft auf Veränderungen der Nutzungsintensität der Grünlandflächen auf regionaler Ebene.

4. Einfluss von bodenphysikochemischen Parametern auf die mikrobielle Gemeinschaft in Grünlandböden mit unterschiedlicher Nutzungsintensität.

Untersuchungsgrundlage der ersten beiden Schwerpunkte sind mit Mineralien befüllte Ringe (= Mineralkerne), die an der Ober- und Unterseite mit einer feinen Gaze (50 µm Porengröße) verschlossen sind. Hierdurch wird das Eindringen von Pflanzenwurzeln verhindert, jedoch Pilzen und Bakterien eine ungehinderte Besiedlung der Mineralien ermöglicht.

Durch das Einbringen von einem Mineral-Wurzelgemisch wird die Nutzungsschnelligkeit von neuen und bestehenden Nahrungsquellen zwischen Bakterien, Pilzen und Pflanzen untersucht. Hierbei werden Mineralien mit isotopisch markierten (13C und 15N) Pflanzenwurzeln vom Wiesen- Knäuelgras und Deutschen Weidelgras (Dactylis glomerata und Lolium perenne) vermischt und auf den Versuchsflächen vergraben.

Mit Hilfe dieser sogenannten isotopischen Markierungen wird es uns ermöglicht genaue Einblicke in Nährstoffkreisläufe, Besiedlungsstrategien und Nahrungsnetze von Bodenmikroorgansimen und Pflanzen zu erlangen. Vereinfacht ausgedrückt können wir hierdurch im Boden feststellen: Wer zu welchem Zeitpunkt kommt und wer von wem gefressen wird.

Die Versuchsflächen für die Experimente befinden sich alle auf der Schwäbischen Alb und die Mineralkerne werden in einer Bodentiefe von maximal 8 cm auf 5 Grünlandflächen mit einer hohen und auf 5 Grünlandflächen mit einer niedrigen Landnutzungsintensität vergraben.

Um genaue Aussagen über zeitliche Abfolgen von Besiedlung und Nahrungsnutzung treffen zu können, wurden die Mineralkerne in einer zeitlichen Abfolge von 1, 3, 6, 12 und 30 Monaten wieder entnommen und analysiert.

 

 

Im dritten Schwerpunkt wird auf regionaler Ebene untersucht, ob und wie die mikrobiellen Lebensgemeinschaften auf kurzfristige Veränderungen in der Grünlandnutzung reagieren. Im Rahmen zweier großer Probennahmekampagnen wurden jeweils im Mai 2011 und 2014 Bodenproben der obersten 15 cm von 150 Grünlandflächen in allen drei Exploratorien (Schwäbische Alb, Hainich-Dün und Schorfheide Chorin) genommen. Durch die Beprobung identischer Flächen im Abstand von drei Jahren können Rückschlüsse auf den Einfluss von Probenahmezeitpunkt, Region und Landnutzungsintensität auf kurz- und langfristige Effekte gezogen und die folgenden Fragen beantwortet werden:

1) Welche Veränderungen der Bodenmikrobiologie fanden zwischen den Jahren 2011 und 2014 statt?
2) Welche dieser Veränderungen sind auf Änderungen in der Landnutzungsintensität zurückzuführen?
3) Gibt es kurz- und langfristige Effekte der Landnutzungsintensität auf die mikrobielle Lebensgemeinschaft und ihre Funktion in Grünlandböden?

Im vierten Schwerpunkt vertiefen sich unsere Untersuchungen in das bereits gewonnene Wissen über den Einfluss der Landnutzung auf den Lebensraum von Bodenmikroorganismen, der in Abhängigkeit von physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften über die Zeit besiedelt wird. Hierzu analysieren wir die Zusammenhänge zwischen den physikalischen Lebensraumbedingungen (Porenraum des Bodens) und den Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Protozoen).

 

Kooperation

Zusätzlich zu unseren Kernanalysen kooperieren wir intensiv mit den folgenden Projekten und Experimenten, bei denen wir analytische, personelle und interpretatorische Zuarbeit leisten und/oder erhalten:

Dazu findet intensiver Informationsaustausch mit den folgenden Projekten statt:

statt.

 

Projekt in vorigen Phasen

Weitere Projektbeteiligung von Prof. Dr. Ellen Kandeler: MicroSYSteM II

Weitere Projektbeteiligung von Dr. Sven Marhan: BE_CH4

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