Hintergrund und Zielsetzung

Das klimarelevante Spurengas N₂O wird in Böden durch verschiedene mikrobiologische Prozesse gebildet, wobei Nitrifikation und Denitrifikation die bedeutendsten Quellprozesse darstellen. Es ist jedoch bisher nicht ausreichend erforscht, welchen Anteil die einzelnen mikrobiellen Gemeinschaften an der Lachgasbildung haben. So wird die Denitrifikation sowohl durch Bakterien als auch durch Pilze durchgeführt und vermutlich wird die Bildung von Lachgas durch pilzliche Denitrifikation noch unterschätzt. Das Verständnis der Quellprozesse von Lachgas ist für die Minderung der Lachgasemissionen von zentraler Bedeutung.

Das Projekt basiert auf einer Kooperation zwischen der Universität Göttingen – Abteilung Graslandwissenschaft, dem Thünen-Institut für Agrarklimaschutz und dem Technion - Israel Institute of Technology, Haifa. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird eine neue integrative Methode entwickelt, um kontinuierlich Isotopensignaturen von Stickstoffspezies in Böden zu messen. Dies soll als Werkzeug zur Untersuchung von kurzfristigen Änderungen in der Dynamik der Isotopensignaturen und der Lachgasbildung Anwendung finden.

Im eigene Teilprojekt werden der Beitrag von Pilzen und Bakterien zur Bildung von N₂O und die damit verbundenen Isotopeneffekte quantifiziert. Es werden Inkubationsversuche durchgeführt, in denen sowohl die N₂O-Bildung durch Denitrifikation erfasst wird als auch  die pilzlichen und bakteriellen Anteile an der N₂O-Bildung bestimmt werden. Die Isotopeneffekte der verschieden Teilprozesse werden untersucht und es wird geprüft, inwieweit diese Prozesse sich anhand der Isotopensignaturen von bodenbürtigem N₂O identifizieren lassen.

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit und Interessenverbände der Landwirtschaft und des Umweltschutzes

Vorgehensweise

Laborversuche werden mit Reinkulturen und Böden durchgeführt:

Es werden Reinkulturversuche mit sechs Bodenpilzen durchgeführt, um die N₂O Produktion von Pilzen während der Denitrifikation zu untersuchen. Betrachtet wurde dabei in erster Linie, inwieweit sich die positionsspezifische ¹⁵N-Signatur im N₂O (¹⁵N site preference, SP) der Pilze von der bakteriellen Denitrifikation unterscheidet. Außerdem wurde in einem weiteren Tracerversuch mit ¹⁸O-angereichertem Wasser untersucht, ob es einen Sauerstoffaustausch zwischen dem umgebenden Wasser und Zwischenprodukten der Denitrifikation von Pilzen gibt.

In Inkubatiosversuchen werden Acker- und Graslandböden unter Anwendung mikrobieller Wachstumshemmstoffe untersucht, um Aufschluss darüber zu erlangen, welchen Anteil Pilze im Vergleich zu Bakterien an der N₂O Bildung während der Denitrifikation haben. 

Unsere Forschungsfragen

Reinkulturversuche:

Haben Pilze einen Sauerstoffaustausch zwischen Wasser und Zwischenprodukten der Denitrifikation?

Sind  die SP-Werte  von sechs Pilzarten höher als die bekannten Werte von Bakterien?

Bodeninkubation:

Eignen sich mikrobielle Inhibitoren, um den Pilzanteil an der Denitrifikation zu bestimmen?

Welche SP-Werte bilden Pilze in Bodengemeinschaft?

Ergebnisse

Rohe, L., Anderson, T.-H., Braker, G., Flessa, H., Giesemann, A., Wrage-Mönnig, N. and Well, R. (2014). Fungal oxygen exchange between denitrification intermediates and water. Rapid Commun. Mass Spectrom., 28: 377–384. doi:10.1002/rcm.6790

Rohe, L., Anderson, T.-H., Braker, G., Flessa, H., Giesemann, A., Lewicka-Szczebak, D., Wrage-Mönnig, N. and Well, R. (2014).Dual isotope and isotopomer signatures of nitrous oxide from fungal denitrification – a pure culture study. Rapid Commun. Mass Spectrom., 28, 1893–1903. doi: 10.1002/rcm.6975