Pflanzenwurzeln und der Stickstoffkreislauf
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PLABIOF (Linking living plant traits to soil biogeochemical functions in ecosystem patches under different land use regimes using an isotope-based assessment) wurde untersucht, wie sich unterschiedliche Ökosysteme auf den Stickstoffzyklus und Mikroorganismen im Boden auswirken. Forscher begannen mit einer Untersuchung von Mustern der präferenziellen Aufnahme von Stickstoffformen und deren Verhältnis zu den Pflanzenwurzeln, indem Muster zu stabilen, natürlich vorkommenden Stickstoff (N)-isotopen verwendet wurden. Aus diesem Grund wurden die Signaturen von natürlich vorkommendem N (NO3-), Ammonium (NH4+), gelöstem organischen N (DON) und ganzer Pflanzen aus einem semiariden Wald analysiert, damit unter in-situ-Bedingungen der Stickstoffquellenanteil und die relativen Stickstoffzyklierungsraten bestimmt werden könnten. Es wurden zudem Bayessche Isotopen-Mischmodelle zur Bestimmung des relativen Beitrags der unterschiedlichen N-Formen zur N-Aufnahme verwendet. Die Ergebnisse wurden daraufhin mit architektonischen und symbiotischen Wurzelmerkmalen in Verbindung gestellt, die an ausgegrabenen Pflanzenwurzeln gemessen worden waren. Im Rahmen einer zweiten Studie erforschten Wissenschaftler 192 in der Vergangenheit und gegenwärtig nach verschiedenen Konzepten bewirtschaftete Teilflächen, wobei jede dieser Flächen eine spezifische Diversität und Identität bezüglich der Pflanzengemeinschaft aufwies. Danach wurden mehr als 800 Bodenkerne in diese Flächen eingebracht und mit demselben Boden bedeckt. Dreizehn Monate nach dem Einlassen der Bodenkerne kehrten die Forscher an die Versuchsstandorte zurück und injizierten speziell markierte Stickstoffatome, welche den Forschern die Nachverfolgung von Stickstoffbewegungen in dem Ökosystem ermöglichen. In situ wurde der Brutto-N-Zyklus gemessen und es wurden Teilproben für die Bestimmung von Wurzelmerkmalen, für Phospholipid-Fettsäure (phospho-lipid fatty acid, PLFA)-Messungen und für Analysen zu gelöstem organischem Kohlenstoff (dissolved organic carbon, DOC) genommen. Die Resultate der ersten Studie zeigten eine enge Verbindung zwischen dem im Boden zirkulierenden Kohlenstoff und Stickstoff in semiariden Ökosystemen. Die Forscher widersprachen der Hypothese, dass gelöster organischer Stickstoff (dissolved organic N, DON) eine wesentliche Stickstoffquelle von Pflanzen ist und schlugen stattdessen vor, dass mikrobielle Kulturen aufgrund der reduzierten Kohlenstoff (C)-verfügbarkeit im Boden in dem Wettbewerb um organische Stickstoffquellen Pflanzen ausstechen. Die zweite Studie ergab, dass die weniger gestörten Ökosystemarten eine größere Mikroben- und Pilzvielfalt aufweisen. Außerdem verursachte die Änderung der Rhizosphärencharakteristik eine Verlangsamung des mineralischen Stickstoffumsatzes an Stellen, die einem erhöhten Grad an Bewirtschaftungsaktivitäten ausgesetzt waren. PLABIOF ermöglicht ein besseres Verständnis bezüglich der Auswirkungen von Landnutzungsänderungen, die sich Prognosen zufolge auf die Verteilung des Kohlenstoffs im Boden auswirken und bezüglich der damit in Zusammenhang stehenden biogeochemischen Zyklen. Dies wird dabei behilflich sein, zu erklären, wie sich die funktionale Biodiversität von Pflanzen auf die Biogeochemie im Boden in Trockenland-Ökosystemen auswirkt und somit die Gestaltung effektiver und nachhaltiger Landbewirtschaftungsverfahren ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Biomasse, Klimastabilität, Stickstoffzyklus, PLABIOF, biogeochemisch, Stickstoffisotope, Nitrat, Ammonium, gelöster organischer Stickstoff, Kohlenstoffverfügbarkeit, Rhizosphäre
