Stickstoffumsatz im Boden besser verstehen

© Martin Fellendorf

Welchen Einfluss hat intensive Landnutzung auf den Stickstoffkreislauf in unseren Böden? Dieser Frage gehen Forscherinnen und Forscher im Projekt "BE-Cult" nach, das im April 2017 gestartet ist. Das Institut für Mikrobiologie der Leibniz Universität Hannover betreibt gemeinsam mit dem Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) Grundlagenforschung im Rahmen des Forschungsschwerpunkts "Biodiversitätsexploration" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Die Leibniz Universität wird für das Projekt mit 212.000 € gefördert.

Biologische Vielfalt besser verstehen

Es geht darum, die biologische Vielfalt in unserem Land besser zu verstehen und dadurch zu erhalten. Dazu müssen die vielen Mikroorganismen im Boden genauer untersucht werden. Bisher ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie und welche Mikroorganismen darin genau agieren oder welche Zusammenhänge und Interaktionen mit der Pflanzenphysiologie bestehen. Insbesondere die mikrobielle  Umwandlung von Nitrat (NO3-) zu Ammonium (NH4+) oder gasförmigen Stickstoffverbindungen (N2O, N2) besser zu verstehen, ist wichtig. Denn im Falle der Umwandlung von Nitrat zu gasförmigen Stickstoffverbindungen wird das potente Treibhausgas Lachgas (N2O) freigesetzt, das zum Treibhauseffekt und damit zur globalen Erwärmung beiträgt, während Stickstoff dem Boden verloren geht. Wird Nitrat zu Ammonium umgesetzt, entsteht dabei ein wichtiger Pflanzennährstoff, der  im Boden gespeichert wird. Diese Umwandlung wird von nitratammonifizierenden (DNRA) Bakterien durchgeführt, die gleichzeitig zur Reduktion der Lachgasbildung und -freisetzung beitragen.

Vorkommen von Bakterien in verschiedenen Böden

In dem Projekt „BE-Cult“ (Biodiversity Exploration by Cultivation) beschäftigen sich die Forscher in den nächsten drei Jahren deshalb genauer mit den nitratammonifizierenden (DNRA) Bakterien, die in verschiedenen Böden – vom Brachland bis zu stark beweideten Grünlandflächen – vorkommen. Deutschlandweit gibt es drei Forschungseinheiten (Exploratorien), die einen replizierten Vergleich zwischen drei verschiedenen Landnutzungstypen ermöglichen: Schorfheide-Chorin, Hainrich-Dün und Schwäbische Alb. Dort wurden bereits zahlreiche Bodenproben entnommen, die nun untersucht werden.

Einfluss der Landnutzung auf die Biodiversität nachzuvollziehen

Ein Gramm Boden enthält rund eine Million unterschiedliche Arten von Bakterien. Die Forscher charakterisieren davon etwa 10.000 Reinkulturen in einem Hochdurchsatz-Kultivierungsansatz. Anschließend werden diese anhand von Gemeinsamkeiten in ihren physiologischen Fähigkeiten (z. B. pH-Wert oder Temperatur) mithilfe einer Art Fingerabdruckverfahren (MALDI-TOF Prinzip) gruppiert. Ziel ist es, 100 Isolate aus dieser Stammsammlung zu DNA-sequenzieren, um die Verteilungsmuster von DNRA-Bakterien in Böden zu erklären und ihre ökologischen Nischen besser definieren zu können. Dies soll dazu beitragen, den Einfluss der Landnutzung auf die Biodiversität nachzuvollziehen. Gleichzeitig wird dadurch geprüft, wie sich die Biodiversität auf verschiedene Ökosystemprozesse auswirkt.

(Veröffentlicht: 9. August 2017)