Feedback von Landnutzungsintensität, mikrobieller Vielfalt und leicht verfügbaren Nährstoffen auf die Menge und den Abbau von phenolischen C-Quellen
Phenolhaltige Verbindungen spielen eine wichtige Rolle bei der Zufuhr und dem Umsatz organischer Stoffe in Grünlandböden. Im Gegensatz zu anderen von Pflanzen produzierten Stoffen im Boden sind sie schwer abbaubar oder sogar toxisch für bestimmte mikrobielle Taxa. Der Abbau dieser Verbindungen ist daher von spezialisierten mikrobiellen Zersetzern abhängig. Außerdem wird die Aktivität der Zersetzer von Phenolverbindungen im Boden stark von der Verfügbarkeit anderer Nährstoffe beeinflusst, um eine stabile Nährstoffstöchiometrie in den mikrobiellen Zellen zu gewährleisten. Die Nährstoffverfügbarkeit und die Zusammensetzung der organischen Substanz, die über die Pflanzenwurzeln zugeführt wird, variieren jedoch entlang des Gradienten der Landnutzungsintensität (LUI) der Biodiversitäts-Exploratorien. Wir gehen daher davon aus, dass der Abbau von phenolischen Verbindungen im Boden durch Rückkopplungen zwischen mikrobieller Vielfalt und Nährstoffverfügbarkeit gesteuert wird.
Im Rahmen des FeeLoo-Projekts werden wir untersuchen,
- ob die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft entlang des LUI-Gradienten in einer Weise verändert wird, die ihr funktionelles Potenzial zum Abbau von Phenolverbindungen verringert,
- ob dies zu Rückkopplungen mit verminderter Aktivität von oxidativen, Lignin-abbauenden Enzymen führt und damit zu einem verminderten Abbau von phenolischen Verbindungen aus Pflanzenstreu oder Wurzelexsudaten und
- ob dieser Prozess nach einer Extensivierung des Grünlands reversibel ist.
In einer Reihe von Experimenten werden wir Analysen der mikrobiellen Gemeinschaft im Boden mit der Charakterisierung der organischen Bodensubstanz (SOM) und der Analyse von Umsatzprozessen kombinieren. Zunächst werden wir die SOM-Qualität und die Nährstoffverfügbarkeit sowie die mikrobielle Gemeinschaft, die am Abbau phenolischer Verbindungen beteiligt ist, auf allen 150 Grünlandparzellen der Biodiversitäts-Exploratorien charakterisieren, um zu bewerten, welche Auswirkungen eine Veränderung der Nährstoff- und Mikrobenzusammensetzung auf das Abbaupotenzial hat. Zweitens werden wir in einem 13C-Markierungsexperiment die Auswirkung des LUI auf den Verbleib des Kohlenstoffs aus Lignin- (als Modellsubstanz für Wurzelreste) und Cumarsäure-Verbindungen (Modellwurzelexsudat und Metabolit des Ligninabbaus) testen und die aktiv beteiligten Mikroben identifizieren. Drittens werden wir ein Experiment zum Abbau von Wurzelstreu in extensivierten Grünlandparzellen durchführen, um zu bewerten, wie effizient Lignin aus der Wurzelstreu bei niedrigerem LUI abgebaut wird und inwieweit der Ligninabbau abnimmt, wenn die Düngung mit leicht verfügbaren Nährstoffen entfällt. Auf der Grundlage dieses umfassenden Datensatzes werden wir in der Lage sein, eine Datensynthese durchzuführen, um die limitierenden Faktoren für den Abbau von phenolischen Verbindungen im Boden zu bestimmen und das mechanistisches Verständnis des Abbaus von phenolischen Verbindungen in Böden deutlich zu verbessern.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
