Die Vorhersage der Kohlenstoff(C)bilanz von Wäldern bei geänderten Klimabedingungen ist eine komplexe Aufgabe. Es bedarf des Verständnisses des Abbaus der organischen Substanz (SOM) im Boden wie etwa der Temperatur- und Feuchtigkeitsempfindlichkeit und der Substratqualität für Bodenmikroorganismen. Für eine Abschätzung der künftigen C-Speicherung in Waldökosystemen ist die Kenntnis der langfristigen Entwicklung des organischen Boden-Kohlenstoffvorrats entscheidend. Erhöhte Bodentemperaturen ermöglichen den Bodenmikroorganismen die organische Substanz schneller abzubauen. Das führt zu einer erhöhten Freisetzung von Bodenkohlenstoff in Form von CO2 (Bodenatmung). Sobald der leicht abbaubare Bodenkohlenstoff verbraucht ist, kann sich der temperaturbedingte Anstieg der Bodenatmung längerfristig wieder abschwächen. Die Rolle der Bodenmikroorganismen in diesem Zusammenhang ist noch nicht geklärt. So würde eine Verschiebung von einer bakterien-dominierten Gemeinschaft zu einer pilz-dominierten Gemeinschaft den Umsatz schwer abbaubaren organischen Materials fördern und den Effekt einer Erwärmung auf die CO2-Emission verstärken. Andererseits kann die physiologische Anpassung von Mikroorganismen an geänderte Umweltbedingungen den Temperatureffekt abschwächen. Eine weitere Unsicherheit ist die mikrobielle Aktivität im Winter und die damit verbundene CO2-Ausgasung aus dem Boden. Gerade in wenig produktiven Bergwäldern stellt die winterliche CO2-Emission einen beträchtlichen Teil des C-Flusses des ganzen Jahres dar. Neben der Bodentemperatur wirken sich auch Veränderungen der Niederschlagsmenge bzw. der zeitlichen Verteilung des Niederschlags unmittelbar auf den Bodenkohlenstoff-Umsatz aus. Klimasimulationen sagen für das Untersuchungsgebiet trockenere Sommer, mehr Niederschlag im Winter und eine Verlängerung der Schneedeckendauer vorher. Diese Effekte könnten den stimulierenden Effekt des Temperaturanstieges auf die Bodenatmung abschwächen. In unserer Studie soll ein bereits bestehendes Bodenerwärmungsexperiment adaptiert werden um die CO2-Emissionen aus dem Boden unter verschiedenen Niederschlagsszenarien auf Kontrollflächen und Erwärmungsflächen zu messen. Während der Vegetationsperiode beträgt die Temperaturerhöhung auf den Erwärmungsflächen konstante 3 C. Mit einer Dachkonstruktion soll im Sommer temporär eine Dürreperiode erzeugt werden. Erhöhter Niederschlag im Spätwinter wird durch Schneezugabe auf die Versuchsflächen simuliert. Die bestehende Versuchsanordnung ermöglicht die Unterscheidung zwischen autotropher und heterotropher Bodenatmung. Die Organismen, die für die heterotrophe Atmung zuständig sind, werden mit molekularen Methoden der Mikrobiologie untersucht. Die Ergebnisse des Experiments werden zeigen, ob die Böden von Bergwäldern in einer wärmeren Umwelt eine potentielle Quelle oder doch eine Senke von C sind. usw.
Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.
As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined in 2016, 2018, 2020 and 2022. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).
Dieses Projekt trägt zu Forschungsfragen der IODP Expedition 370: T-Limit of the Deep Biosphere off Muroto bei. Die Temperatur an Site C0023 (Nankai Trog, Japan) steigt bis 1.2 km Tiefe auf ca. 120 Grad C an - das Maximum dessen, was potentiell von Mikroorganismen toleriert werden kann. Nährstoffarme tiefe Sedimente werden wahrscheinlich bei 80-90 Grad C sterilisiert. Ziel der Expedition war es, herauszufinden, wie und gesteuert durch welche Faktoren sich die Mikroorganismen-Vergesellschaftung mit der Tiefe ändert und wo Leben erlischt. Teil des wissenschaftlichen Programms ist die Untersuchung mikrobiell nutzbarer Substrate und eindeutiger geochemischer und mikrobieller Signaturen, die eine Identifizierung von biotischem und abiotischem Bereich bzw. dessen Übergang ermöglichen. Es wurden hochauflösende und präzise Porenwasserdaten gewonnen, die Reaktionsfronten, potentielle mikrobielle Aktivität und hydrothermale Überprägung anzeigen. Ein Teil der Sedimente ist Methan- und Sulfat-frei. Mikrobielle Aktivität hängt also von anderen Elektonenakzeptoren als Sulfat ab. Aktuelle Studien zeigen, dass die klassische Redoxkaskade durch Fe- und Mn-Reduktion in methanführenden Sedimenten ergänzt werden muss und, dass biogeochemische Prozesse in natürlichen Systemen stärker durch Mineralogie als durch eine strikte Abfolge von Reaktionen, die sich aus theoretischen Berechnungen ergibt, bestimmt sind. Fe(III)-Reduktion ist eine der ältesten Formen der mikrobiellen Respiration. Eisenreduzierer können unter hohen T- und Druckbedingungen wachsen, was nahelegt, dass diese einen Großteil der tiefen Biosphäre ausmachen. Fe- und Mn wird in Sedimenten von Lokation C0023 freigesetzt. Durch sequentielle Extraktionen soll aufgezeigt werden, welche Fe- und Mn-Phasen als Elektronenakzeptoren verfügbar sind und wie stark primäre Minerale diagenetisch überprägt wurden. Von besonderem Interesse sind Aschelagen, die an anderer Stelle bereits als Hotspots für mikrobielles Leben identifiziert wurden. Diese sind zahlreich in C0023 Sedimenten und typischerweise reich an Fe und Mn. Mikrobielle Fe-Reduktion führt zu einer Anreicherung von 54Fe im Porenwasser und sich daraus bildenden authigenen Mineralen (z.B. Siderit, Magnetit). Dementgegen führen abiotische Reaktionen mit Sulfid zu einer Anreicherung von 56Fe in der gelösten Phase. Stabile Fe-Isotope von gelöstem Fe2+ und reaktivem Fe in der Festphase sollen genutzt werden, um biologische und abiotische Fe-Reduktion zu unterscheiden. Die d56Fe Signatur wird an Karbonat-gebundenem Fe, der Ferrihydrit+Lepidkrokit-Fraktion, Goethit+Hämatit sowie Magnetit gemessen. Weiterhin soll das Ausmaß der Sulfidisierung, die Auswirkungen auf die Interpretation von Daten zu magnetischen Eigenschaften hat, durch sequentielle Extraktion von Fe-Monosulfiden und Pyrit erfasst werden. Ziel des Projekts ist es, die Rolle von Eisenoxiden für mikrobielle Respiration und entsprechende diagenetische Alterationen in tiefen Sedimenten von Site C0023 zu erfa
Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.
Die kürzlich beendete IODP Exp. 385 (Guaymas Basin Tectonics and Biosphere, Sept.-Nov. 2019) bohrte acht Stellen im Guaymas Basin, einem jungen Rift Becken im Golf von Kalifornien, das sich durch aktiven Vulkanismus und hohe Ablagerungsraten von organisch reichen Sedimente auszeichnet, bedingt durch die hohe Primärproduktivität im darüber liegenden Wasser, sowie dem starken Eintrag von terrigenen Sedimenten. Die Expedition erbohrte Kerne mit organisch reichen Sedimenten die von vulkanischen Sills unterbrochen werden. Die Mikrobiologie war eines der zentralen Forschungsthemen dieser Expedition. Ein großer Probensatz zur Quantifizierung von Sulfatreduktionsraten, dem quantitativ wichtigsten Elektronenakzeptorprozess in marinen Sedimenten, wurde gesammelt und befindet sich nun am GFZ. Das vorgeschlagene ThermoSill-Projekt wird sich zunächst auf die allgemeinen Eigenschaften der mikrobiellen Sulfatreduktion in diesen Kernen sowie auf die Auswirkungen von Druck und Temperatur konzentrieren. Die Bohrkerne wiesen sehr unterschiedliche geothermische Gradienten von 200 bis über 800 Grad C / km auf, und die an Bord gemessenen geochemischen Daten weisen bereits auf eine große Vielfalt biogeochemischer Prozesse hin. In Tiefseesedimenten, insbesondere solchen, die solche in großer Sedimenttiefe und daher hoher in-situ Temperatur, sind organische Substrate wie kurzkettige organische Säuren im Allgemeinen ein begrenzender Faktor. Da die Sedimente im Guaymas-Becken hydrothermal beeinflusst werden, liefert die thermogene Aufspaltung von makromolekularen organischen Substanzen im Sediment reichlich mikrobielle Substrate. ThermoSill wird untersuchen, ob dieses große Angebot an Substraten zu einem bevorzugten Abbau bestimmter Substrate führt und damit wird damit einen Beitrag zum Verständnis der Prozesse an der oberen Temperaturgrenze des Lebens liefern. Besonderes Augenmerk wird auf die anaerobe Oxidation von Methan gelegt. Im letzten Teil des Projekts wird das Eindringen von Sills in Sedimente und der damit einhergehende Temperaturanstieg im umgebenden Sediment durch Heizexperimente simuliert. Diese Experimente werden von Pyrolyseexperimenten und kinetischen Modellen begleitet, um zu testen, ob eine solche kurzzeitige Erwärmung die mikrobielle Gemeinschaft über geologische Zeitskalen hinweg beeinflussen kann. Das vorgeschlagene Projekt ist direkt relevant für die Ziele der Expedition. Es ist auch eine Ergänzung zu einem laufenden Projekt, das die Auswirkungen von Druck und Temperatur auf die mikrobielle Sulfatreduktion in nicht hydrothermal beeinflussten Sedimenten aus dem Nankai-Trog (IODP. Exp. 370) untersucht.
As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined in 2016, 2020 and 2022. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).
This dataset presents porewater and solid-phase geochemistry as well as microbial cell counts and microbial induced sulfate reduction rates from calcite-amended and unamended sediment cores collected in Kiel Bight in February 2025 during cruise L25-02b. Sediment cores were incubated at 8° C under controlled oxygen cycles in the laboratory of the home institute. Porewater was extracted by centrifugation and anoxic filtration. Solid phase analyses included organic carbon (COrg), calcium carbonate (CaCO3), total sulfur (%) and data from sequential iron (Fe) extraction (Cline Assay), calcium ions, Fe total, manganese (Mn total, ICP-OES), sulfate (IC), alkalinity, hydrogen sulfide. Sulfate reduction rates were quantified using 35S-radiotracer incubation and cold chromium distillation (Kallmeyer et al., 2004, Roy et al., 2014). Furthermore, cell counts were determined. The dataset supports evaluation of enhanced benthic weathering effects on sulfur cycling, iron speciation and microbial activity in dynamic and seasonally hypoxic coastal sediments.
As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined in 2016, 2020 and 2022. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).
As part of PhytOakmeter platform (www.phytoakmeter.de), soil chemical parameters were determined in 2015, 2016, 2018, 2020 and 2022. Soil pH was measured using a glass electrode in a 1:2.5 soil-to-0.01 M CaCl2 suspension after one hour of equilibration. Gravimetric soil moisture was assessed with a fully automated moisture analyzer (DBS60-3, KERN & SOHN GmbH, Balingen, Germany), here defined as soil moisture (MOI). Total nitrogen (TN) and total carbon (TC) contents in the soil were analyzed in triplicate through dry combustion using a Vario elemental analyzer (EL III, Elementar, Hanau, Germany), and the carbon-to-nitrogen ratio (TC/TN) was subsequently calculated from these values. To evaluate the potentially bioavailable soil organic carbon and nitrogen for microbial activity, hot water-extractable carbon and nitrogen (HWC and HWN, respectively) were determined following the methods of Ghani et al. (2003) and Schulz et al. (2011). Additionally, the labile organic carbon and nitrogen easily decomposable by soil microorganisms were measured as cold water-extractable carbon (CWC) and nitrogen (CWN) based on procedures described by Zsolnay (1996), Zakharova et al. (2015), and Schmidt et al. (2017). Ammonium and nitrate (NH4±N and NO3—N, respectively) were quantified, with their sum representing the total mineral nitrogen content (Nmin).
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 892 |
| Europa | 6 |
| Kommune | 1 |
| Land | 54 |
| Weitere | 7 |
| Wissenschaft | 446 |
| Zivilgesellschaft | 22 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 15 |
| Ereignis | 2 |
| Förderprogramm | 879 |
| Text | 28 |
| unbekannt | 19 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 26 |
| Offen | 916 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 799 |
| Englisch | 287 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 4 |
| Bild | 1 |
| Datei | 20 |
| Dokument | 23 |
| Keine | 502 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 410 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 764 |
| Lebewesen und Lebensräume | 943 |
| Luft | 520 |
| Mensch und Umwelt | 941 |
| Wasser | 652 |
| Weitere | 932 |