Stöchiometrische Homöostase von Bodenmikroorganismen als Antrieb für Stoffkreisläufe in Grasländern

DFG SP1389/6-1 im Emmy Noether-Programm

Bodenmikroorganismen sind homöostatisch in Bezug auf ihre Stöchiometrie, d. h. sie halten die Stöchiometrie ihrer Biomasse unabhängig von den Elementverhältnissen ihrer Umwelt innerhalb enger Grenzen konstant. Ein Verständnis der Prozesse, die der stöchiometrischen Homöostase zugrunde liegen, ist von zentraler Bedeutung für die Voraussage von Auswirkungen der atmosphärischen Stickstoffdeposition und anderer Umweltveränderungen auf Stoffkreisläufe. Das Ziel des Projekts ist es daher, ein Rahmenkonzept der stöchiometrischen Homöostase von Bodenmikroorganismen als Antrieb von Stoffkreisläufen in Grasländern zu entwickeln. Zu diesem Zweck sollen zwei Arten von Prozessen untersucht werden; Zum einen Prozesse, mittels derer Bodenmikroorganismen die Zirkulation von Elementen in ihrer Biomasse an die Verhältnisse der verfügbaren Elemente anpassen; zum anderen Prozesse der mikrobiellen Nährstoffakquise. Zu diesen Prozessen gehören (i) die Aufnahme von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P), (ii) die Effizienz, mit der Mikroorganismen C in ihre Biomasse einbauen, (iii) die Umsätze (Verweilzeit) von C, N und P in der mikrobiellen Biomasse, (iv) die Mineralisierung von organischem C, N und P, (v) die Freisetzung von gebundenem anorganischem P und (vi) die N2-Fixierung. Zur Erforschung dieser Prozesse werden wir innovative Methoden verwenden wie z. B. die Bestimmung der mikrobiellen C-Nutzungseffizienz mittels 18O-Markierung der DNA, die Analyse der mittleren Verweilzeiten von C, N und P in der mikrobiellen Biomasse mittels Isotopenmarkierung der mikrobiellen DNA und die Analyse von Verteilungsmustern von Exoenzymen im Boden mittels Zymographie. Das Projekt soll in Grasländern auf drei Kontinenten durchgeführt werden, die im Rahmen eines global koordinierten Experiments die gleiche vollfaktorielle Düngungskombination erhalten (Nutrient Network). Von der Arbeit an einem globalen Experiment erwarten wir, dass die Ergebnisse des Projekts weitreichende Schlussfolgerungen erlauben. Im Rahmen des Projektes werden wir ein Konzept davon entwickeln, wie stöchiometrische Homöostase von Bodenmikroorganismen Stoffkreisläufe in Grasländern antreibt. Dieses Konzept wird sowohl die relative Bedeutung unterschiedlicher mikrobieller Prozesse, die zur stöchiometrischen Homöostase beitragen, als auch die Auswirkungen dieser Prozesse auf Stoffkreisläufe auf ökosystemarer Ebene erfassen.