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Projekt
TrainSpaTEn: Transportprozesse steigern den mikrobiellen Energiegewinn in einer räumlich und zeitlich heterogenen Bodenumgebung
Antragstellerinnen
Professorin Dr. Bahar S. Razavi; Professorin Dr. Sandra Spielvogel
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465127287
In Böden wird die Aufteilung des Kohlenstoffs (C) aus einem Substrat zwischen Katabolismus und Anabolismus (bezeichnet als Substratnutzungseffizienz, SUE) durch die funktionelle Komplexität des jeweiligen Substrats und die Bodenumgebung beeinflusst. Da "passives Abwarten" die häufigste Nährstoff- und Substraterwerbsstrategie für Bodenprokaryoten ist, hängt die Wahrscheinlichkeit des Kontakts zwischen einem Substrat und den Zersetzern eher vom Kurzstreckentransport des Substrats als von der mikrobiellen Mobilität ab. Das lückenhafte und zeitlich unregelmäßige Substratangebot in Böden führt zu zwei Endszenarien, die eine geringere mikrobielle Nutzung eines bestimmten Substrats bewirken: (i) Hotspots mit hohen Substratkonzentrationen, in denen das Verhältnis zwischen mikrobiellem Wachstum und Konzentration gesättigt ist, was zu einer verringerten mikrobiellen Aktivität führt, und (ii) Coldspots, in denen die Substratkonzentrationen in der Bodenlösung zu gering und variabel sind und die metabolische Investition zu hoch ist, um die Substratnutzung energetisch zu rechtfertigen. Transportprozesse können einen wirksamen Beitrag zur Beendigung von Hot Spots leisten, indem sie Substratgradienten zwischen Hot- und Coldspots ausgleichen. Trotz jahrzehntelanger Forschung zu Transportprozessen im Boden besteh immer noch die Notwendigkeit, die Transportwege und die daraus resultierenden heterogenen Wasserverteilungen mit der mikrobiellen Funktion des Bodens zu verknüpfen. Der wissenschaftliche Ansatz des vorgeschlagenen Projekts basiert auf der Entschlüsselung der Wechselwirkungen zwischen räumlicher und zeitlicher Heterogenität in der Substrat- und Nährstoffverfügbarkeit und wie deren Modulation durch Transportprozesse den mikrobiellen Katabolismus und Anabolismus im Boden beeinflusst. Dies soll erreicht werden durch (i) die Untersuchung, wie der Transport von Substrat oder Stickstoff (N) den SUE verbessert, entweder durch die Ausweitung der räumlichen Verteilung des Substrats auf Bodenkompartimente, in denen noch ausreichend N verfügbar ist, oder durch den N-Transport in substratreiche Kompartimente, in denen der Nährstoff fehlt; (ii) die Analyse, wie die Porengrößenverteilung und sorptionsaktive Mineralien die Wirkung von Transportprozessen auf die mikrobielle Energie- und C-Nutzung verändern; (iii) die Klärung der Frage, inwieweit die angenommene positive Auswirkung des N-Transports in substratreiche Kompartimente auf den SUE durch die Notwendigkeit der mikrobiellen Gemeinschaft, Nitrat unter Sauerstoffmangel auf Denitrifikation und Anabolismus aufzuteilen, reduziert wird; und (iv) die Bestimmung, wie präferentielle Fließwege nach Trockenheit die rechtzeitige Wasserverfügbarkeit für die mikrobielle Gemeinschaft und damit die Verzögerungsphase der mikrobiellen Reaktivierung und den gleichzeitigen C-Fluss über katabolische und anabolische Pfade steuert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
