Landnutzung als Einflussfaktor für Abundanz, Diversität und Aktivität von Nitrifizierern in Böden von Waldökosystemen

Nitrifikation (umfasst Ammoniak-Oxidation und Nitrit-Oxidation) ist ein wichtiger Prozess innerhalb des Stickstoff-Kreislaufs in terrestrischen Ökosystemen, der an Grünlandstandorten, wie Studien zeigen, von der Landnutzungs-Intensität beeinflusst werden kann. Wenig ist jedoch über die Rolle der Nitrifikation in Waldökosystemen bekannt, sowie über die Bedeutung auto- und heterotropher Nitrifikation und über die Einflussfaktoren für das Vorkommen, die Diversität und Aktivität der beteiligten Gruppen, die wiederum die Interaktion von Ammoniak- und Nitrit-Oxidierern beeinflussen. Waldökosysteme sind eine interessante Plattform um diese Prozesse zu untersuchen, da in Waldböden u.a. ein niedriger pH die Substratverfügbarkeit beeinflusst und außerdem gezeigt wurde, dass einige Baumarten Substanzen abgeben können, die einen inhibierenden Einfluss auf die Nitrifikation haben können.

Abbildung: Das Foto zeigt einen sonnenbeschienenen Buchenwald mit hellgrünem Frühlingslaub.

Ziele

Das Projekt ForNit untersucht den Einfluss von unterschiedlichen Landnutzungsintensitäten auf heterotrophe und autotrophe Nitrifikation und versucht dabei Schlüsselorganismen dieser Prozesse zu identifizieren und deren Abundanz, Diversität und Aktivität zu bestimmen. Neben der Zusammensetzung der Organismen, die heterotrophe Nitrifikation betreiben, liegt das Haupt- Augenmerk auf der räumlichen und zeitlichen Heterogenität von AOA und AOB, sowie NOB, deren Aktivität in engem Zusammenhang mit der Ammoniak-Oxidation im Rahmen der Nitrifikation steht. Das Zusammenspiel von heterotrophen Ammoniak-Oxidierern sowie AOA und NOB soll im Rahmen dieses Projektes eingehender beleuchtet werden. Ein weiteres Ziel ist es, bedeutende AOA Ökotypen aus Waldböden verschiedener Landnutzung zu isolieren und deren Eigenschaften zu bestimmen.

Hypothesen

Forstmanagement beeinflusst die Abundanz von Ammoniak- und Nitrit-Oxidierern und führt zu Verschiebungen innerhalb der Interaktionen der beteiligten Gruppen.
Der Baumbestand beeinflusst die Abundanz und Diversität von Nitrifizierern in unterschiedlichem Ausmaß.
Die Aktivität von Ammoniak- und Nitrit-Oxidierern wird stark von lokalen Bedingungen beeinflusst.

Methoden

Metagenom Datenbankanalyse um weitestgehend unbekannte Gruppen zu identifizieren die hier am Prozess der Nitrifikation beteiligt sind.
Barcoding verschiedener Gruppen von Nitrifizierern (AOA, AOB, NOB, heterotrophe Nitrifizierer) um Einflussfaktoren für die Abundanz, Diversität und Aktivität zu bestimmen.
In situ Analyse von mikrobiellen Strukturen mittels Laser Scanning Mikroskopie, um die Interaktionen der jeweiligen Gruppen zu untersuchen.
Anreichern und Kultivieren von ausgewählten AOA Ökotypen um deren ökophysiologische Eigenschaften zu bestimmen.

Publikationen

The influence of different land use intensities on plant-associated bacterial communities of Dactylis glomerata L.

Der Einfluss unterschiedlicher Landnutzungsintensitäten auf pflanzenassoziierte bakterielle Gemeinschaften von Dactylis glomerata L.

Estendorfer J. (2023): The influence of different land use intensities on plant-associated bacterial communities of Dactylis glomerata L. Dissertation, TU München, Helmholtz Zentrum München

Definition of Core Bacterial Taxa in Different Root Compartments of Dactylis glomerata, Grown in Soil under Different Levels of Land Use Intensity

Estendorfer J., Stempfhuber B., Vestergaard G., Schulz S., Rillig M. C., Joshi J., Schröder P., Schloter M. (2020): Definition of Core Bacterial Taxa in Different Root Compartments of Dactylis glomerata, Grown in Soil under Different Levels of Land Use Intensity. Diversity 12 (10), 392. doi:10.3390/d12100392

Soil pH and plant diversity drive co-occurrence patterns of ammonia and nitrite oxidizer in soils from forest ecosystems

Stempfhuber B., Richter-Heitmann T., Bienek L., Schöning I., Schrumpf M., Friedrich M., Schulz S., Schloter M. (2017): Soil pH and plant diversity drive co-occurrence patterns of ammonia and nitrite oxidizer in soils from forest ecosystems. Biology and Fertility of Soils 53 (6), 691–700. doi: 10.1007/s00374-017-1215-z

The Influence of Land Use Intensity on the Plant-Associated Microbiome of Dactylis glomerata L.

Estendorfer J., Stempfhuber B., Haury P., Vestergaard G., Rillig M. C., Joshi J., Schröder P. Schloter M. (2017): The Influence of Land Use Intensity on the Plant-Associated Microbiome of Dactylis glomerata L. Frontiers in Plant Science 8:930. doi: 10.3389/fpls.2017.00930