Skip to main content

WP 3: Soil microbiom and biogeochemical processes

Figure 1: Enzymatic activity of phosphatases in the Esterberg translocated mesocosms at the three sites Esterberg (CC0), Graswang (CC1) and Fendt (CC2)
Figure 2: Quantification of the N-cycle key processes and microbial groups (quantitative PCR of marker genes, DNA level) (in spring) in the Esterberg transplanted mesocosms at the three sites Esterberg (CC0), Graswang (CC1) and Fendt (CC2) treated by an intensive or extensive agricultural management. (A) abundance of ammonia-oxidizing bacteria (amoA AOB) and (B) abundance of N2-fixing microorganisms (nifH)

Soil microbiom: Both climate change and land use/management changes alter biogeochemical cycles of C, N and P with potentially adverse effects on key soil functions of grassland ecosystems in pre-alpine and alpine regions. Our investigations of N and P turnover processes indicated the interaction of climate change and land use intensity has the power to change the relations of N and P turnover processes.

Regarding P turnover, it seems that the abundance of most functional genes decreased under high climate change and extensive management. However, based on the enzyme measurements it turned out that the remaining microbes involved in the use of organic P are highly active under intensive management with increasing climate change and thus a risk of a decrease of the organic P pool exists (Fig. 1).

Regarding N turnover, it became apparent that fertilization increased nitrification potential under climate change conditions, while under extensive management nitrogen fixation compensated lower nitrogen inputs. The mesocosms without climate change treatments revealed the opposite pattern. There, the potential to convert fertilized nitrogen to nitrate was lower (Fig. 2).

 

 

Abbildung 3: N-Mineralisierung in Graswang (links) und Graswang versetzt nach Fendt (rechts)

Bodenbiogeochemische Prozesse und Biosphäre-Atmosphäre-Hydrosphäre Austausch umweltrelevanter Stoffe: Grünlandböden in allen Höhenlagen (Graswang, Rottenbuch, Fendt) zeichnen sich durch nur geringe umweltrelevante Austräge von Lachgas (N2O) und Stickstoff mit dem Sickerwasser aus, was auf eine dominierende Rolle der N-Aufnahme durch die Pflanzen sowie auch der mikrobiellen Immobilisierung im Boden zurückzuführen ist. Klimawandel führt zu einer signifikant erhöhten N-Mineralisierung (Abbildung 3), die verstärkt das Pflanzenwachstum fördert, aber nur unter wasser- und damit wachstumslimitierenden Bedingungen zu leicht erhöhten N2O Emissionen und N Austrägen mit dem Sickerwasser führt.

Aufgrund der pedogenen und klimatischen Voraussetzungen ist N2 an Stelle von N2O in der Denitrifikation das dominierende Endprodukt, was dazu führt, dass N2 Verluste generell eine wichtige Größe in der N Bilanz der untersuchten Grünlandökosysteme darstellen, und hier auch signifikant höhere Emissionen durch den Klimawandel auftreten. Zudem konnte erstmals gezeigt werden, dass Frost-Tau-Ereignisse, die unter Klimawandelbedingungen aufgrund verringerter Schneebedeckung zunehmen dürften, nicht nur zu N2O- sondern auch zu (quantitativ viel größeren) N2-Puls-Emissionen führen. Die Kooperation zwischen KIT und HMGU, also die Kombination biogeochemischer Prozessstudien mit molekularbiologischer Analyse der Abundanz und Aktivität involvierter Mikroorganismen, erwies sich als großer Gewinn für das funktionale Verständnis der ökosystemaren N-Umsetzungen unter sich ändernden Klima- und Managementbedingungen.