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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.

Abbildung: Das Foto zeigt Laubmoos in einer Großaufnahme.
Laubmoos
Abbildung: Die Grafik zeigt in einem Querschnitt den Aufbau von Kruste und Übergangszonenboden.
Schema Kruste und Transitional zone soil

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.


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.


  • 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)
Abbildung: Das Foto zeigt in einem sommerlichen schattigen Wald in der Bildmitte ein Stück Waldboden, das von welkem Laub befreit wurde. Neben der Kruste befinden sich zwei Wissenschaftlerinnen und zwei Wissenschaftler. Einer der Männer steht vorne rechts im Bild und hält ein Dokument in seiner linken Hand. Hinter ihm kniet eine der Frauen und beobachtet die Arbeit des zweiten Mannes, der links im Bild am Boden kniet und mit der rechten Hand eine Probe der Kruste nimmt. Vor ihm links im Bild steht die zweite Frau, die ihm ebenfalls zuschaut.
Krustenprobenahme entlang einer Rückegasse auf SEW 30
Abbildung: Das Foto zeigt zwei freie Stellen im Erdboden nach einer Krusten-Entnahme.
Freie Stellen nach Krustenentnahme
Abbildung: Das Foto zeigt eine Petrischale mit Laubmoos-Anreicherungskulturen darin.
Anreicherungskulturen
Abbildung: Das Foto zeigt eine Petrischale mit einem Bodenhaufen in der Mitte.
Boden

Doc
Beitrag biologischer Bodenkrusten zur Zusammensetzung und Stabilität organischer Bodensubstanz in gemäßigten Wäldern
Baumann K., Eckhardt K.-U., Acksel A., Gros P., Glaser K., Gillespie A. W., Karsten U., Leinweber P. (2021): Contribution of biological soil crusts to soil organic matter composition and stability in temperate forests. Soil Biology and Biochemistry 160: 108315. doi: 10.1016/j.soilbio.2021.108315
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Biologische Bodenkrusten in Wäldern gemäßigter Breiten: Ihre Rolle im P-Kreislauf
Baumann K., Glaser K., Mutz J.-E., Karsten U., MacLennan A., Hu Y., Michalik D., Kruse j., Eckhardt K.-U., Schall P., Leinweber P. (2017): Biological soil crusts of temperate forests: Their role in P cycling. Soil Biology and Biochemistry 109, 156–166. doi: 10.1016/j.soilbio.2017.02.011
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Schnellbestimmung von organischen Bodensubstanzen mittels Farbanalyse und Fourier Transform Infrarot Spektroskopie
Baumann K., Schöning I., Schrumpf M., Ellerbrock R. H., Leinweber P. (2016): Rapid assessment of soil organic matter: soil color analysis and Fourier transform infrared spectroscopy. Geoderma 278, 49–57. doi: 10.1016/j.geoderma.2016.05.012
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Biologische Bodenkrusten als zentrales Element im biogeochemischen P-Kreislauf während der Pedogenese sandigen Substrats
Baumann K., Siebers M., Kruse J., Eckhardt K.-U., Hu Y., Michalik D., Siebers N., Kar G., Karsten U., Leinweber P. (2019): Biological soil crusts as key player in biogeochemical P cycling during pedogenesis of sandy substrate. Geoderma 338, 145-158. doi: 10.1016/j.geoderma.2018.11.034
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Donner A., Glaser K., Borchhardt N., Karsten U. (2017): Ecophysiological Response on Dehydration and Temperature in Terrestrial Klebsormidium (Streptophyta) Isolated from Biological Soil Crusts in Central European Grasslands and Forests. Microbial Ecology 73 (4), 850–864. doi: 10.1007/s00248-016-0917-3
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Einfluss der Landnutzung auf die Artenzahl der Algen in Biologischen Bodenkrusten mit Implikationen für Phosphorkreislauf
Glaser K., Baumann K., Leinweber P., Mikhailyuk T., Karsten U. (2018): Algal richness in BSCs in forests under different management intensity with some implications for P cycling. Biogeosciences 15 (13), 4181-4192. doi: 10.5194/bg-15-4181-2018
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Habitat beeinflusst das Vorkommen von Klebsormidium-arten mehr als geographische Distanz
Glaser K., Donner A., Albrecht M., Mikhailyuk T., Karsten U. (2017): Habitat-specific composition of morphotypes with low genetic diversity in the green algal genus Klebsormidium (Streptophyta) isolated from biological soil crusts in Central European grasslands and forests. European Journal of Phycology 52 (2), 188-199. doi: 10.1080/09670262.2016.1235730
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Effects of biological soil crusts on phosphorus pools in near-surface soil
Einfluss von biologischen Bodenkrusten auf die Phosphor-Pools im oberflächennahen Boden
Mutz J.-E. (2015): Effects of biological soil crusts on phosphorus pools in near-surface soil. Bachelor thesis, University Rostock

Projekt in anderen Förderperioden

Abbildung: Das Foto zeigt eine Großaufnahme von Lebermoos.
Crustfunction III (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #2020 – 2023  #Funktionelle Diversität […]
Abbildung: Das Foto zeigt eine Großaufnahme von Lebermoos.
Crustfunction II (Teilprojekt)
#Bodenbiologie & Stoffkreisläufe  #2017 – 2020  #Phosphorkreislauf […]

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Prof. Dr. Ulf Karsten
Projektleiter
Prof. Dr. Ulf Karsten
Universität Rostock
Prof. Dr. Peter Leinweber
Projektleiter
Prof. Dr. Peter Leinweber
Universität Rostock
Dr. Karen Baumann
Mitarbeiterin
Dr. Karen Baumann
Universität Rostock
Dr. Karin Glaser
Mitarbeiterin
Dr. Karin Glaser
Universität Rostock
Samira Khanipour Roshan
Mitarbeiterin
Samira Khanipour Roshan
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