Das Projekt "Priming Effects in the Rhizosphere of Maize: Mechanisms and Field Relevance" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Ökopedologie der gemäßigten Zonen durchgeführt. Fluxes of carbon (C) from soil to the atmosphere and of nitrogen (N) to the plants are mainly driven by turnover of soil organic matter (SOM). The release of organic substances by living roots into the soil (rhizodeposition) and the stimulation of microbial activity can provoke changes in the rate of SOM-decomposition termed 'rhizosphere priming effects' (RPE). The aim of this project is to provide comprehensive understanding of RPE by assessing factors, mechanisms, intensities and dynamics of RPE in field and laboratory experiments and by investigating the relevance of RPE for agroecosystems. Two main factors significantly affecting RPE will be intensively studied: the amount of the primer and the mineral N status of the soil. By combining various isotopic approaches (13C natural abundance, 15N labeling and 15N dilution) we will simultaneously trace C and N derived from SOM-decomposition in the field, thus, improving the understanding of priming effects at field scale. The combination of 13C continuous labeling with a high-resolution d13C analysis of soil CO2 will provide short term dynamics of RPE and will allow to determine their dependence on plant growth stages and associated therewith, on root properties. Digital images of the distribution of exudates analyzed by 14C imaging and enzyme activities along single root segments (by zymography) will allow to study spatial dynamics of RPE. Furthermore, a new approach for estimating microbial groups involved in RPE will be tested. Based on the mechanisms of priming effects the functioning of C and N turnover in rhizosphere will be clarified.
Das Projekt "Bodenkunde - Kohlenstoffumsatz in der Rhizosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Ökopedologie der gemäßigten Zonen durchgeführt. In einer Reihe von Labor und Freilandexperimenten sollen die Nachlieferung der Rhizodeposite und die dadurch induzierten Priming-Effekte untersucht werden. Ein wesentlicher Teil der Arbeit wird der Quantifizierung und Spezifizierung der Rhizodeposition in natürlichen und landwirtschaftlichen Ökosystemen gewidmet. Die Abhängigkeit von Umfang und Richtung der Priming-Effekte in der Rhizosphäre von der Intensität der Photosynthese soll mit Hilfe von 14C- und 13C-Isotopentechniken überprüft werden. Einige methodische Arbeiten werden auf die Aufteilung der CO2-Flüsse aus dem bepflanzten Boden unter Labor- und Freilandbedingungen gerichtet, da bis jetzt keine sichere Methode vorhanden ist, die die Rhizosphärenatmung in die eigentliche Wurzelatmung, die mikrobielle Veratmung der Exsudate und die mikrobielle Veratmung der organischen Bodensubstanz (OBS) ermöglicht. Die meisten Experimente werden mit 14C-markierten Pflanzen oder künstlichen Rhizodepositen durchgeführt. In mehreren Experimenten wird die künstliche 14C-Markierung mit der Methode der natürlichen 13C-Abundanz oder der 15N-Markierung gekoppelt. Aus diesem Vorhaben werden folgende Ergebnisse erwartet: Zunächst ist von einem besseren Verständnis der C-Umsatzprozesse in der Rhizosphäre, deren Mechanismen und Quantifizierung, auszugehen. Die Wurzelexsudate werden im nicht-sterilen Boden spezifiziert. Der füher festgestellte direkte Effekt der Intensität der Pflanzenphotosynthese auf den Stoffumsatz in der Rhizosphäre wird ausführlich untersucht - nämlich inwieweit Dauer und Intensität der Photosynthese den mikrobiellen OBS-Abbau beschleunigen und somit die Nährstoffe mobilisieren. Zwei prinzipiell neue Methoden zur Trennung der CO2-Flüsse aus dem Boden in die Wurzelatmung und rhizomikrobielle Atmung für Labor- und Feldexperimente werden erarbeitet und optimiert. Anhand der delta-13C-Werte der mikrobiellen Biomasse aus einem mit Mais bepflanzten C3-Boden wird der Beitrag von OBS und Rhizodeposite zur Ernährung der Mikroorganismen in der Rhizhosphäre quantifiziert.
Das Projekt "Mikrobiologische und isotopenchemische Untersuchungen zur Klärung der Wirkungsmechanismen von Priming-Effekten beim Abbau organischer Bodensubstanz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Geographisches Institut durchgeführt. Mikrobielle Umsetzungsprozesse im Boden verlaufen fast ausschließlich unter Beteiligung einer gelösten Phase. Bei der Mineralisierung organischer Substanzen kommt daher der gelösten Substanz (DOM) als Substrat für Mikroorganismen eine entscheidende Rolle zu. In dem geplanten Vorhaben soll der Frage nachgegangen werden, ob bestimmte streu- und wurzelbürtige DOM-Komponenten wie Kohlenhydrate oder Phenole darüber hinaus die mikrobielle Aktivität in einem Maße fördern oder hemmen könne, daß von ihnen Auswirkungen auf den Abbau oder die Stabilisierung der organischen Bodensubstanz auftreten können. Zur Untersuchung solcher 'Priming Effekte' sollen umfangreiche Inkubationsversuche durchgeführt werden, bei denen die Wirkung unterschiedlicher gelöster 14C-markierter Einzelverbindungen und von DOM-Lösungen unterschiedlicher 13C-Signatur auf die Mineralisierung von Modellsubstanzen und der organischen Substanz verschiedener Bodenproben ermittelt wird. Ein daraus berechneter Priming Index gibt Auskunft darüber, inwieweit es durch die zugesetzten DOM-Lösungen unterschiedlicher 13C-Signatur auf die Mineralisierung von Modellsubstanzen und der organischen Substanz verschiedener Bodenproben ermittelt wird. Ein daraus berechneter Priming Index gibt Auskunft darüber, inwieweit es durch die zugesetzten DOM-Lösungen zu einem verstärkten oder vermindertem Abbau der organischen Bodensubstanz kommt.