Laufende Forschungsprojekte

Diversität und Aktivität von Bodenorganismengemeinschaften als Indikatoren für nachhaltige Landnutzung

BonaRes-SIGNAL gefördert durch BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
Laufzeit: 01.09.2018 - 31.07.2021
Bearbeiterin: M.Sc. Katharina Giray
Leitung:  PD Dr. Christine Wachendorf
Universität Kassel, Fachgebiet für Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Koordination des Verbundprojektes: Ökopedologie der Tropen und Subtropen und Ökopedologie der gemäßigten Zonen der Universität Göttingen

SIGNAL: Nachhaltige Intensivierung der Landwirtschaft durch Agroforstsysteme

Project discription

Mikroorganismen sind essentiell für die Funktionsweise und die Nachhaltigkeit in allen Ökosyste-men, jedoch ist der Nachweis ihres Beitrags zu Ökosystemdienstleistungen noch immer eine große Herausforderung. Bodenmikroorganismen sind durch eine hohe genetische Diversität und hohe Re-dundanz ihrer Funktionen charakterisiert, die Beziehung zwischen mikrobieller Diversität und Boden-funktionen ist daher schwach. Die Bedeutung unterschiedlicher Gruppen für die Nachhaltigkeit und die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen ist jedoch vermutlich hoch.
Phospholipide (phospholipid derived fatty acid = PLFA) sind Bestandteile der Membranen, aller le-benden Zellen und werden als Biomarker verwendet, um mikrobielle Gemeinschaften zu identifizie-ren. Bestimmte PLFA’s dienen dabei als Nachweis für saprotrophe Pilze, Mykorrhizapilze, gramnega-tive oder grampositive Bakterien. Des Weiteren tragen Daten aus DNA-Analysen der mikrobiellen Gemeinschaften dazu bei, ein umfassendes Bild der funktionellen Diversität zu erhalten, dabei  wird dem Problem der häufig ermittelte Dominanz von Bakterien in der mikrobiellen Biomasse von Böden bei der DNA Extraktion, die mit anderen Methoden nicht bestätigt wird, nachgegangen. Die Kombina-tion der Methoden PLFA und DNA-basierte Identifikation der mikrobiellen Gemeinschaft und ihr Be-zug auf räumliche Variabilität der mikrobiellen Aktivität und der funktionellen Diversität, ermöglichen es, die Bedeutung der Mikroorganismen für die Mineralisation von organischer Substanz, Erschlie-ßung von Nährstoffen und der C-Sequestration als Prozess der nachhaltigen Landnutzung zu bewer-ten.
Die Integration von Bäumen in Agroforstsysteme induziert eine höhere Variabilität von biologischen Eigenschaften, verglichen mit konventionell bewirtschafteten Äckern. Daher wird angenommen, dass Agroforstsysteme dazu beitragen, die Stabilität von Agrarlandschaften verbessern. Dennoch sind Ausmaß der Heterogenität der unterirdischen Nahrungsnetzte und Interaktionen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren in Agroforstsystemen bisher kaum untersucht. Es ist bekannt, dass die Interaktion zwischen Wurzeln, der Bodenfauna und der mikrobiellen Biomasse, das Nahrungsnetz und die C Nutzungseffizienz der Zersetzergemeinschaft beeinflusst. Deren Bedeutung für die C-Dynamik der Böden in Agroforstsystemen ist bislang noch nicht hinreichend dargestellt. Diese Lücke wird durch Beschreibung der Wurzelverteilung und Spuren der Tätigkeit von Regenwürmer und Ana-lysen mikrobiellen Eigenschaften des wurzelnahen und durch Regenwürmer beeinflussten Bodens in Agroforstsystemen geschlossen. Ziel ist es, Ökosystemdienstleistungen von Mikroorganismen in räumlich heterogenen Agroforstsystemen beurteilen zu können.


Management induced effects on regulatory services of soil microorganisms in the rural-urban interface at field and regional scale

Laufzeit: 2017 bis 2020

Bearbeiter: Moran Rodas, Virna Estefania

Project discription

Microorganisms control many ecosystem functions such as decomposition of soil organic matter (SOM), nutrient provision, and carbon sequestration. However, functions of soil microorganisms in tropical agroecosystems have been poorly studied so far Even less is known on spatially explicit and systematic dynamics of soil organic carbon (SOC) content and related microbial activity in a quickly changing rural-urban ecosystem. The present proposal builds on experimental infrastructure established by FOR2432. It takes advantage of the on-farm study sites and the factorial on-station experiment at the University of Agricultural Sciences Bangalore (UASB) in which effects of management intensity on key agronomic variables are examined. The interaction between abiotic soil properties and their microbial activity, however, is missing in FOR2432´s analysis of rural-urban transformation effects. This project aims at filling this gap by contributing to the central question: “How does urban expansion affect the ability of soils to provide ecosystem services related to soil quality which are mediated by microorganisms?”

The effect of water and nutrient management on microbial activity and pools will be determined by analyzing indices for microbial activity and microbial biomass stoichiometry of carbon, nitrogen, phosphorous, and sulfur in the upper soil layer. Spatial variability of significant organic matter pools, such as soil respiration and litter decomposition will be determined and evaluated by modelling the influence of physical and chemical soil properties, as well as interactions with plant biomass determined in FOR2432.


Metabolic fingerprinting an Rhizoctonia solani

Dieses Projekt befindet sich derzeit in der Antragsstellung

Laufzeit: 2016

Bearbeiter:  Dr. Philip Kössler

Project discription

Rhizoctonia solani Kühn ist ein weit verbreiteter Bodenpilz, der an zahlreichen Kulturen zu erheblichen Ertragsverlusten führen kann. Der Erreger verursacht neben Auflaufschäden (z.B. an Kartoffeln, Zuckerrüben, Radieschen) auch Fäulen an unterschiedlichen Pflanzenorganen (Zwiebeln, Knollen, Wurzeln, Blättern …). In Deutschland sind insbesondere Mais, Zuckerrüben, Salat, Kohl sowie Wurzelgemüse durch den Befall mit R. solani betroffen.
Der Erreger ist aufgrund seines breiten Wirtspflanzenkreises und der sowohl parasitischen als auch saprophytischen Lebensweise sehr schwer zu bekämpfen.
Bisherige Untersuchungen zum Metabolismus von R. solani haben sich primär auf Substanzen des primären Stoffwechsels konzentriert. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Vergleichsstudien  unterschiedlicher Anastomosegruppen angestellt werden, welche sich auf den Sekundärmetabolismus von R. solani beziehen.


Diversität und Aktivität von Bodenorganismengemeinschaften als Indikatoren für nachhaltige Landnutzung

BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Laufzeit:01.07.2015 bis 30.06.2018

Bearbeiter: M.Sc. R. Beuschel, PD Dr. M. Potthoff und Dr. Ch. Wachendorf

Koorperatiospartner: Ökopedologie der Tropen und Subtropen und Ökopedologie der gemäßigten Zonen der Universität Göttingen


Teilprojekt des Verbundprojekts BonaRes-SIGNAL: Nachhaltige Intensivierung der Landwirtschaft durch Agroforstsysteme
Weitere Informationen zum Verbundprojekt BonaRes-SIGNAL sowie die englische Version des Textes unter:
www.signal.uni-goettingen.de

Project discription

Die Bewertung der Bodenfruchtbarkeit stellt eine gewaltige Aufgabe dar, da eine Evaluierung geeigneter, auf unterschiedliche Böden anwendbarer Methoden, fehlt. Agroforstsysteme beeinflussen durch Veränderungen des Mikroklimas sowie des Bodenwasserhaushalts und C-Inputs auf direkte Weise das Bodenmilieu. Folglich besitzt die Gegenwart von Bäumen in Agroökosystemen eine Auswirkung auf von Bodenorganismen herbeigeführte Ökosystemleistungen, wie den Abbau organischer Substanz, die Nährstoffversorgung und C-Sequestrierung.  Dennoch wurden bis dato derartige Einflüsse auf die mikrobielle Aktivität und Regenwurmaktivität sowie die Variation in Raum und Zeit kaum untersucht. Weiterhin besitzt die Pflanzendiversität nützliche Effekte für die Ökosystemstabilität. Trotzdem wird derzeit noch stark über die Beziehung zwischen ober- und unterirdischer Diversität diskutiert und über die Verbindungen zwischen der Diversität von Bodenmikroorganismen und deren Funktionen ist nur wenig bekannt. 
Deshalb wird postuliert, dass die Distanz von der Baumreihe sowie die Pflanzendiversität - je nach Dynamik der abiotischen (z.B. Bodenwassergehalt, pH) und biotischen Faktoren (z.B. Qualität und Quantität der Streu und Wurzelexsudate) - die Aktivität und funktionale Diversität von Bodenmikroorgansimen beeinflusst. Das Ziel der Studie ist es, in Agroforststandorten mit Ackerbau und Grünlandnutzung die räumliche Heterogenität der Bodenmikroorganismen zu identifizieren. Dafür werden in Agroforstsystemen in unterschiedlichen Entfernungen von der Baumreihe sowie auf Referenzflächen ohne Bäume Bodenproben im Oberboden entnommen und hinsichtlich mikrobieller Aktivität (Basalrespiration, physiologische Charakterisierung von mikrobiellen Gemeinschaften durch Substrat-induzierte Respiration und Enzymaktivität) sowie mikrobieller Biomasse (C und N) und mikrobieller Überreste (Aminozucker) untersucht. Darüber hinaus wird an verschiedenen Standorten durch die Bestimmung von Regenwurmabundanz und  -biomasse der Einfluss der Bäume auf die Bodenfauna bewertet. Weiterhin wird durch Boden-Streubeutelexperimente mit 13C und 15N markierten Weidenblättern die Variation des Streuabbaus und -umbaus in Abhängigkeit der Entfernung zur Baumreihe untersucht. Die Ergebnisse sollen helfen, die Bodenmikroorganismen, die Ökosystemleistungen erbringen, als Faktoren für nachhaltige Nahrungsproduktion einzuschätzen. Es wird davon ausgegangen, dass sich Veränderungen in abiotischen und biotischen Faktoren - hervorgerufen durch unterschiedliche Entfernungen von den Bäumen - in der mikrobiellen Aktivität, Regenwurmaktivität sowie im Streuabbau widerspiegeln. Die Studie erfasst durch die Kombination vielfältiger Methoden schnelle und langsame Umsetzungsprozesse und stellt einen umfassenden Ansatz für die Bewertung bodenmikrobiologischer Indikatoren und Regenwurmaktivität dar.


Sorghum genotypes, tillage systems and cover crops for promotion mycorrhiza responsiveness and Striga hermonthica management

This project is fundet by Volkswagenstiftung

Laufzeit: 01.01.2014 bid 31.12.2016

Bearbeiter: Dr. Tilal Sayed Abdelhalim (Junior Fellowship)

Project discription

Striga hermonthica is a major constraint to cereal production in sub-Saharan Africa. It attacks sorghum, millet, maize and rice which constitute the major food crops in the region. The late discovery that the parasite attacks and reduces wheat yield is rather alarming. The Striga problem is accentuated by drought, fitful rains and poor soil fertility.
At present more than 21 million hectares of arable land is infested by the parasite. On the whole, the parasite is considered a threat to the livelihood of more than 300 million people in Africa, where the loss in cereal yield is estimated to be around 4.1 million MT, which is about the amount of grains Africa receives annually as food aid. In Sudan sorghum and millet, the major hosts of the parasite, are cultivated in an area of about 8 million mostly rainfed. About 20% of this area is infested by the parasite. Yield losses are considered to be between 15-65% although total crop failure is not uncommon under heavy infestation. The parasite is a copious seed producer. The seeds, endowed with prolonged dormancy, only germinate in response to a germination stimulant exuded by host and some non-host roots. Following germination the parasite attached to the host roots and remains subterranean for 6-8 weeks. During the subterranean period the parasite exhibits most of its damage. The parasite is more of a problem under low-input subsistent farming where expensive methods of control Viz: fertilizers and herbicides cannot be adopted. Therefore, the need for a simple less costly method of control is imperative and inoculation with mycorrhiza to cater for soil fertility may provide basis for sustainable agricultural production.


Effects of climate change on fungal community structure and organic matter turnover in soil profiles along an elevation gradient in alpine forest ecosystems

This is a junior research group project funded by University of Kassel.

Laufzeit: 01.10.2014 – 30.09.2016

Bearbeiter: Dr. Rajasekaran Murugan

Koorperationspartner: Prof. Sophie Zechmeister-Boltenstern, Institute of Soil Research, University of Natural Ressources and Life Sciences (BOKU), Vienna.

Project description

Although elevational patterns of diversity for plants and animals are well established, the knowledge about the variability in soil fungal community across elevation gradients is very little. The objective of the proposed study is to understand how climate change induced shifts in community structure, biomass and residues of soil fungi could explain the organic matter turnover as well as carbon (C) and nitrogen (N) dynamics along alpine elevation and depth gradients. In a first step, the key role of fine root biomass, belowground C allocation to terrestrial ecosystem C cycle associated with climate change will be determined. In a second step, spatial patterns of soil fungal community structure will be identified along with the combination of abiotic and/or biotic factors which drive this variation. In a third step, investigation on how qualitative and quantitative contribution of fungi to soil C and N dynamics varies along an elevation gradient will be carried-out. Finally, field scale relationship between soil fungal community structure and ecosystem services will be evaluated. To my knowledge, the proposed study is the first considering the linkage between soil fungal community and C sequestration induced by microbial residue which affects ecosystem processes in natural elevation and depth gradients.
Key words: Climate change, Alpine elevation gradient, microbial community structure, microbial activity, Illumina sequestration, Amino sugars.