Das Projekt "Nitrogen effect on molecular dynamics in forest soils (end of thesis)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Zürich, Geographisches Institut durchgeführt. Atmospheric nitrogen deposition affects many forests and their ecosystem functions, including organic matter cycling in soils of temperate forests. But it is not clear how, and what the underlying mechanisms are. Here we asked the question: Do compounds with high intrinsic nitrogen content (typical for microbially-derived biomass) respond differently to atmospheric nitrogen deposition than compounds with low nitrogen content (such as plant-derived biomass)? Two facts delayed the progress of the project in the first year. From May 2010 to June 2011 the PhD student Marco Griepentrog successfully completed make-up classes for the recognition of his Fachhochschule degree by the University of Zurich. His workload (30 credit points or 900 working hours) was 50Prozent of the annual workload of a full time student, and delayed the progress of the project. Furthermore the PI Dr. Alexander Heim has left research in November 2010 and started a new position in industry and the co-PI Prof. Michael Schmidt stepped in as PI. Despite the delay the project eventually progressed well thanks to the hard-working PhD student Marco Griepentrog, who worked in the lab and simultaneously compiled a detailed methodological literature review on preparative soil fractionation procedures. His review revealed striking discrepancies in the application of this frequently used method, and was submitted to a peer-reviewed journal and is still under revision. With a competitive travel grant from the European Science Foundation, Marco Griepentrog worked at the University of Ghent (Belgium) and could measure compound-specific isotope ratios of amino sugars reliable in soil density fractions for the first time, using a novel analytical technique. This was the first time that amino sugars were measured in density fractions, and we could show that especially bacterial amino sugars were associated with soil minerals. Furthermore, when combined with stable isotope labeling, it became evident that amino sugar turn over much slower when associated with soil minerals. Another unexpected result was that fungal residues turn over at the same rate as total organic carbon, while bacterial amino sugars turn over slower. The fact that fungal amino sugars turn over faster than bacterial amino sugars contradicts with previous assumptions, and our measurements are the first to show that. Results have been presented at several international conferences, and now a manuscript circulates between co-authors to be submitted to a high impact scientific journal later this year. For the final year, we plan to focus on another compound class and propose a change of the initially planned target compound lignin. Own results showed that the isotopic label might not be detectable in lignin but in fatty acids, since they have been shown to turnover faster. usw.
Das Projekt "Produktion und Nutzung von isotopisch markierten (13C und 15N) mikrobiellen Residuen als labiler Zwischenspeicher für Nährstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften durchgeführt. Mikrobielle Residuen haben in Böden als fluktuierende und leicht verfügbare Zwischenspeicher eine große Bedeutung für Mobilisations- und Immobilisationsprozesse von Pflanzennährstoffen. Es werden zwei Abbauversuche mit 13C-markierter Cellulose und N-Ausgleich (C/N-Verhältnis = 10) durchgeführt, die zu einer erhöhten Produktion von mikrobiellen Residuen führen. Wenn diese Residuen durch die Zugabe von N-freier 12C-Cellulose abgebaut werden müssen, kommt es zu einer erhöhten Freisetzung von 13CO2. Im ersten Versuch wird zum N-Ausgleich 15N verwendet, um nachweisen zu können, ob der mobilisierte Stickstoff tatsächlich aus den mikrobiellen Residuen der organischen Substanz einer Löss-Parabraunerde entstammt. Im zweiten Versuch ist der Einsatz von 15N nicht notwendig, da humusfreier gebrannter Löss als Bodenmodell verwendet wird. In diesem Fall muß der mobilisierte Stickstoff aus mikrobiellen Residuen entstammen. Dieser Versuch hat das Ziel, nachzuweisen, ob die Gehalte an Aminozuckern die Produktion und den Verbrauch von mikrobiellen Residuen widerspiegeln, ob es zu einer Fraktionierung von 13C beim Abbau von markierter Cellulose kommt. Die in beiden Versuchen ermittelten Ergebnisse dienen als Grundlage für die Modellierung mit dem Mineralisationsmodell DAISY.
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt B2: Dynamik von Herbivorenmikroorganismen Lebensgemeinschaften im Kronenraum von Fichten und Auswirkungen auf vertikale Naehrstofffluesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Abteilung Tierökologie durchgeführt. Eine zentrale Herausforderung in der Oekologie ist es, die Mechanismen zu verstehen, mit denen verschiedene Arten und Lebensgemeinschaften sowie Oekosystemprozesse ueber abiotische Rahmenbedingungen gekoppelt sind. Die Wirkungen von veraenderten Temperatur- und Niederschlagsverhaeltnissen auf biotische Wechselbeziehungen in terrestrischen Oekosystemen werden nur unzureichend verstanden. In diesem Projekt soll die Rolle von sich veraendernden Umweltrandbedingungen (Temperatur, Feuchte) auf die Zusammensetzung und Interaktionen von Blattlausmikroorganismen Lebensgemeinschaften im Kronenraum von Fichten hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die vertikalen Naehrstofffluesse untersucht werden. Dazu werden an zwei Standorten im Fichtelgebirge, auf ca. 400 und 800m, die Populationsdynamik von Blattlaeusen (Cinarinen) sowie die Populationsdynamik und Diversitaet von epiphytischen Mikroorganismen untersucht. Mikroorganismen auf den Nadeloberflaechen von Fichten koennen Honigtau von Blattlaeusen und Schildlaeusen nutzen und damit die Naehrstofffluesse im Kronenraum von Fichten beeinflussen. Dies kann zu erheblichen Auswirkungen auf die vertikalen Kohlenstoff- und Stickstoffzyklen fuehren. Die Kronentraufenanalysen konzentrieren sich auf geloeste organische Komponenten (DOC, DON, Aminozucker-N) sowie anorganische Stickstoffverbindungen (NH4-N, NO3-N). Ein besseres Verstaendnis der trophischen Wechselbeziehungen in Kronenraumlebensgemeinschaften und ihren Auswirkungen auf Naehrstoffzyklen und Naehstofffluesse wuerde eine genauere Beschreibung des Verhaltens von Oekosystemen unter sich veraendernden Umweltbedingungen ermoeglichen.
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A11: Der Umsatz geloester organischer N-Verbindungen (DON) in einem Laubwaldoekosystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. In bisherigen Arbeiten zum N-Haushalt wurden geloeste organische N-Verbindungen (DON) und ihre Bedeutung fuer den N-Umsatz und die Retention von N im Oekosystem haeufig vernachlaessigt. Im Rahmen dieses Projektes wird die Rolle von DON im Stoffkreislauf eines Laubwaldoekosystems untersucht. Die DON Fluesse und deren Dynamik stehen im Vordergrund der Arbeit. Weiterhin sollen Raten und Regelgroessen der DON-Produktion im Oekosystem und im Boden bestimmt und eine Charakterisierung von DON-Komponenten vorgenommen werden. Dafuer werden Freiland- und Bestandesniederschlaege sowie Bodenloesungen aus verschiedenen Bodentiefen ueber zwei Jahre hinweg beprobt und auf Gesamt- und mineralischen N analysiert. Aus der Differenz wird der Anteil von DON an den N-Fluessen berechnet. Ausserdem werden Amino-N und Aminozucker bestimmt, die wesentliche Komponenten von DON sind. In Freiland- und Laborexperimenten wird die Produktion und Mineralisation von DON in Inkubationsexperimenten mit Boeden und Bodenloesungen untersucht. Zwischenbericht 1999: Die Stofffluesse und -konzentrationen in einem Laubwaldoekosystem wurden ueber zwei Jahre hinweg in vierzehntaegiger Aufloesung gemessen, um Quellen und Senken, sowie die Umsatzdynamik geloester organischer C- und N-Verbindungen zu bestimmen. DON und DOC werden in der Phyllosphaere und in der organischen Auflage freigesetzt und im Mineralboden reteniert. Eine eindeutig saisonal gesteuerte Dynamik der Umsaetze wurde nicht beobachtet. Die DOC/DON-Quotienten der Loesungen werden vom Freilandniederschlag zur organischen Auflage hin deutlich hoeher, was fuer eine staerkere Mobilisierung N-armer geloester Kohlenstoffverbindungen in der organischen Auflage spricht. Ueber die Kontrolle und die Mechanismen der Freisetzung, sowie die mikrobielle Mineralisation von DON konnten bislang keine eindeutigen Aussagen abgeleitet werden. Laborinkubationen ergaben keine Konzentrationsveraenderungen in Bestandesniederschlag, Auflageperkolaten und Bodenloesungen in einem Zeitraum von drei Wochen, was auf eine hohe mikrobielle Stabilitaet der Verbindungen hindeutet. Ebenso konnte fuer kein Kompartiment eine Beziehung zwischen DON-Mobilisierung und Temperatur, pH-Wert oder Ionengehalt der Loesung hergestellt werden. Der Anteil von Amino-N und Aminozucker-N an DON liegt zwischen 40 und 80 Prozent, ergibt jedoch keine weiteren Aufschluesse ueber die mikrobielle Beteilung an der DON-Mobilisierung und ihrer Dynamik.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N1: Rolle organischer Stickstoffverbindungen (DON) im Stickstoffhaushalt von Waldoekosystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Im Gegensatz zu den mineralischen N-Komponenten ist der Umsatz und die Bedeutung von geloesten organischen Stickstoffverbindungen (DON) bisher wenig untersucht. Von Oktober 95 bis 97 wurden Fluesse von Gesamtstickstoff, Ammonium, Nitrat, DON und DOC (geloester organischer Kohlenstoff) in Freiland - und Bestandesniederschlag (BN) in 2 Bodentiefen (20 und 90 cm) und im Gebietsaustrag innerhalb eines Fichtenwaldoekosystems erfasst. Laborinkubationsversuche zur Produktion von DON in Abhaengigkeit von Temperatur (5, 10, 15 Grad Celsius) und Substrat (Oh, Ah) ergaenzten die Freilanduntersuchungen. Die Herkunft und Stabilitaet des DON im BN wurde durch mikrobielle Untersuchungen der Phyllosphaerenflora und durch Freilandinkubationsversuche mit definierten Regenloesungen untersucht. Die DON-Fluesse in der organischen Auflage lagen mit 5-7 kg Nxha-1xa-1 in der Dimension der NH4-N-Fluesse und deutlich ueber den DON-Fluessen im BN. Im Mineralboden nahmen DON- und NH4-N-Fluesse mit der Tiefe ab, NO3-N dominierte den N-Fluss. Die zeitliche Variabilitaet der DON-Fluesse nahm mit zunehmender Tiefe in der organischen Auflage ab. Die chemische Zusammensetzung von DON bestimmte zu 50-80 Prozent Aminosaeure-N, waehrend Aminozucker-N mit 5-15 Prozent weniger bedeutsam war. Eine mikrobielle Bildung von DON in BN-Sammlern konnte ausgeschlossen werden. Die DON-Konzentration in den Sammlern blieb relativ stabil. Die Herkunft von DON im BN ist wahrscheinlich auf mikrobielle Umsetzungen von atmosphaerisch deponierten Nmin in Norg zurueckzufuehren. Der DON-Fluss im BN ist dann als N-Eintrag in das System zu bewerten. Der Rindenlausbefall auf Fichten bewirkte eine massive, kurzfristige Erhoehung der DOC-Fluesse im BN durch Ausscheidung von Honigtau. Die Ausscheidung von Honigtau in die Phyllosphaere foerderte das Wachstum von Bakterien, Hefen, und filamentoesen Pilzen und es kam im BN zu einer Verminderung der Nmin-Fluesse und zu einer Erhoehung der partikulaeren Amino-N-Fluesse. Unsere Untersuchungen bestaetigen die Ausgangshypothese, dass DON als Eintrag zu bewerten ist und der Umsatz von DON zum N-Haushalt erheblich beitraegt.
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt B3: Mikrobielle Mineralisierung von geloestem organischem Stickstoff und phylogenetische Diversitaet der damit assoziierten Mikroflora in einem Laubwaldoekosystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (ÖMIK) durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Bestimmung der Bedeutung der mikrobiellen Mineralisierung von geloestem organischen Stickstoff (DON) und der damit assoziierten mikrobiellen Populationen fuer den Stickstoffumsatz und die Retention von N in einem Laubwaldoekosystem. Dazu werden die mikrobiellen Aktivitaeten und die Dynamik der DON-Mineralisierung in Bodenloesungen und verschiedenen Bodenhorizonten in einem gemeinsamen Versuchsansatz mit dem Projekt A11 bestimmt. In weiteren Inkubationsexperimenten soll die Mineralisierung spezifischer DON-Komponenten wie Proteinen, Chitin und Nukleinsaeuren differenziert werden. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Charakterisierung der mit der DON-Mineralisierung assoziierten Mikroflora sein. Die Mikroflora soll quantifiziert und charakterisiert werden, ihre phylogenetische Diversitaet bestimmt werden und dominierende Isolate identifiziert und ihre Bedeutung in situ bestimmt werden. Um regulatorische Parameter der DON-Mineralisierung zu bestimmen, wird der Einfluss verschiedener Umweltparameter insbesondere die Verfuegbarkeit von Sauerstoff und jahreszeitliche Effekte auf die Aktivitaeten der DON-Mineralisierung und das Vorkommen der damit assoziierten Mikroflora bestimmt. Zwischenbericht 1999: Ziel dieses Projektes ist es, die Bedeutung der mikrobiellen Mineralisierung von geloestem organischen Stickstoff (DON) und der damit assoziierten mikrobiellen Populationen fuer den Stickstoffumsatz und die Retention von N in einem Laubwaldoekosystem zu bestimmen. Inkubationsversuche mit Auflageloesungen von der Untersuchungsflaeche Steinkreuz im Steigerwald zeigten, dass DON ebenso wie DOC der Auflageloesungen nicht mikrobiell mineralisiert zu werden scheinen. Die Auflageloesungen waren jedoch mikrobiell aktiv, sie zeigten sowohl unter oxischen wie unter anoxischen Bedingungen eine deutliche CO2-Bildung. Zugegebene spezifische DON-Modellsubstanzen (DON-spezifisch), wie Aminosaeuren, Aminozucker, Nukleinsaeuren und Nukleinsaeurebasen, wurden durch Auflageloesungen schnell und spontan abgebaut. Unter oxischen Bedingungen wurden sie nahezu vollstaendig zu NH4+ und CO2 mineralisiert, waehrend unter anoxischen Bedingungen nur organisch gebundener Stickstoff zu NH4+ mineralisiert wurde, waehrend der Kohlenstoff im wesentlichen in Gaerungsprodukten wiedergefunden wurde. Aerobe Mikroorganismen dominierten die allgemeine und die mit DON-spezifisch kultivierte Mikroflora der Auflageloesungen. Der Anteil der Pilze an der aeroben, kultivierten Mikroflora betrug ca. 1 Prozent. Auflageloesung enthielt eine grosse Zahl von aeroben und anaeroben, DON-spezifisch-verwertenden Mikroorganismen. 56 Bakterienstaemme, darunter 3 fakultativ anaerobe Bakterien, wurden mit verschiedenen Aminosaeuren und dem Aminozucker N-Acetylglucosamin aus Auflageloesungen isoliert. 35 Isolate waren zu den zahlenmaessig dominierenden kultivierten Organismen zu rechnen...
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 6 |
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| Förderprogramm | 6 |
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| Deutsch | 5 |
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| Resource type | Count |
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| Mensch & Umwelt | 6 |
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