Kopplung von Totholzabbau und Stickstoffkreislauf: Diversität und Funktion von Diazotrophen

Kopplung von Totholzabbau und Stickstoffkreislauf: Diversität und Funktion von Diazotrophen (Woodstock)

Totholzstämme repräsentieren eine kohlenstoff- (C) und energiereiche aber zugleich stickstoff-(N)arme Ressource in Waldökosystemen. Biologische N₂-Fixierung durch freilebende diazotrophe Mikroorganismen trägt zur N-Anreicherung im Totholz bei. Über die Funktion der Diazotrophen für die N-Versorgung von totholzbewohnenden Organismen und für den Totholzabbau ist bislang wenig bekannt. Viele Faktoren haben das Potenzial die Diversität und Aktivität der Diazotrophen im Totholz zu beeinflussen. Die Bioverfügbarkeit von C variiert zwischen den Baumarten und innerhalb der gleichen Baumart aufgrund der unterschiedlichen Zersetzbarkeit von Borke, Splintholz und Kernholz. Zudem können die Eigenschaften des umgebenden Ökosystems sowie die jeweiligen Umweltbedingungen potentiell relevant sein. In bestehenden Biodiversität-Exploratorien existieren Gradienten durch unterschiedliche Holzeigenschaften in Totholzstämmen von 13 Baumarten, exponiert in dem BeLongDead-Experiment (Biodiversity Exploratories Long term Dead Wood), die zudem durch einen Gradienten der Forstmanagementintensität beeinflusst werden. N₂-Fixierung als Schlüsselprozess zu verstehen, ist entscheidend für die Bewertung des Einflusses der N-Verfügbarkeit als Treiber der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und Funktion im Totholz.

Ein Ziel des Projekts ist den Beitrag der N₂-Fixierung zur N-Anreicherung zu quantifizieren und die aktiven diazotrophen Gemeinschaften in den Totholzstämmen des BELongDead-Experiments zu identifizieren. Ein weiteres Ziel ist die experimentelle Überprüfung von Einflussfaktoren auf die N₂-Fixierung, Quantität und Diversität der aktiven diazotrophen Gemeinschaft und auf den Transfer von fixierten N zu holzabbauenden Mikroorganismen. Dabei sollen die folgenden Hypothesen untersucht werden: (1) N₂-Fixierungsrate und Diversität von Diazotrophen im Totholz unterscheiden sich zwischen den 13 Baumarten, der Intensität des Forstmanagements und den Exploratorien, (2) diazotrophe Gemeinschaften und N₂-Fixierung unterscheiden sich entlang des radialen Gradienten in den Totholzstämmen von außen nach innen, (3) Diversität und Aktivität von Diazotrophen und holzabbauenden Pilzen sind stark assoziiert aufgrund ihrer gegenseitigen Abhängigkeit von C und N Ressourcen. Die letztere Beziehung moduliert die Aktivität und Zusammensetzung dieser Gemeinschaften im initialen und fortgeschrittenen Abbaustadium. Final soll die Hypothese, dass (4) externe N-Quellen die N₂-Fixierung und die Quantität von Diazotrophen reduzieren, untersucht werden.

Zur Überprüfung der Hypothesen werden innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombiniert. Unsere Expertisen ermöglichen es, die Wechselwirkungen zwischen N₂-Fixierung, Abundanz und Diversität der Diazotrophen und relevanten Faktoren für den Totholzabbau neu zu bewerten. Durch die Zusammenarbeit in einem koordinierten und vollständig replizierten Experiment mit 30 Waldökosystemen erwarten können belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und großem Nutzen für die Totholzforschung generiert werden.