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Untersuchung von N2O-Umsatzprozessen und zugehörigen Isotopeneffekten in Acker- und Grünlandböden unter besonderer Beachtung der Pilz- und Bakteriendenitrifikation

Projekt

Untersuchung von N2O-Umsatzprozessen und zugehörigen Isotopeneffekten in Acker- und Grünlandböden unter besonderer Beachtung der Pilz- und Bakteriendenitrifikation

Ziel dieser Arbeit ist das bessere Verständnis der Quellprozesse von N2O-Emissionen aus Böden. Mittels Isotopenanalyse und Inhibitionsversuchen soll zwischen N2O aus pilzlicher und bakterieller Denitrifikation unterschieden werden.

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

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Bundesland Niedersachsen
    (national, öffentlich)

Zeitraum

4.2010 - 6.2013

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 3

  1. Rohe L, Anderson T-H, Braker G, Flessa H, Giesemann A, Lewicka-Szczebak D, Wrage-Mönnig N, Well R (2014) Dual isotope and isotopomer signatures of nitrous oxide from fungal denitrification - a pure culture study. Rapid Comm Mass Spectrometry 28:1893-1903, DOI:10.1002/rcm.6975
  2. Rohe L, Anderson T-H, Braker G, Flessa H, Giesemann A, Wrage-Mönnig N, Well R (2014) Fungal oxygen exchange between denitrification intermediates and water. Rapid Comm Mass Spectrometry 28(4):377-384, DOI:10.1002/rcm.6790
  3. Rohe L, Braker G, Well R, Giesemann A, Anderson T-H, Wrage-Mönnig N, Flessa H (2013) Isotope effects and O-exchange with water during N2O production by denitrifying fungi. Geophys Res Abstr 15:10293
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