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2358Auswirkungen von De-Intensivierung der Landnutzung auf Mikroorganismen des Methankreislaufs und die Methan- Senkenfunktion in GrünländernDe-intensification Effects on Methane-Cycling Microorganisms and the Methane Sink Function of Grasslands01/02/2023 00:00:0031/01/2026 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 „Landscape Functioning“x3x13x12xHoffmann, Mathias; Kolb, Steffen; Volles, Nilsx1274x1932x2819x<div class='ntm_PB1'>PB1</div> <a href="https://gepris.dfg.de/gepris/person/1849191?context=person&task=showDetail&id=1849191&">MetGrass Link zu DFG GEPRIS</a><BR />2023 Auswirkungen von De-Intensivierung der Landnutzung auf Mikroorganismen des Methankreislaufs und die Methan- Senkenfunktion in Grünländern De-intensification Effects on Methane-Cycling Microorganisms and the Methane Sink Function of Grasslands Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Hoffmann, Mathias; Kolb, Steffen; Volles, Nils Drittmittel Research Area 1 „Landscape Functioning“ current laufend <div class="ExternalClass0FCFAE32F8DF4C8AB0942CB0A0D6F88D"><p>Methan (CH4) ist das zweitwichtigste Treibhausgas und trägt wesentlich zur globalen Erwärmung bei. Im Jahr 2021 wurden weltweit politische Anstrengungen beschlossen, um die stark angestiegenen Methanemissionen einzudämmen. Das Bodenmikrobiom ist die wichtigste terrestrische Methansenke und stark von der Landnutzung beeinflusst. Eine große Herausforderung für die Landwirtschaft ist die Anpassung der Landnutzungsintensität von Grünländern, um produktive und gleichzeitig nachhaltige Produktionssysteme zu gewährleisten. Zwei grundlegend unterschiedliche Gruppen von Mikroben sind für den CH4-Kreislauf entscheidend. Methanotrophe Bakterien wirken als biologische Senke, indem sie atmosphärisches CH4 oxidieren, während methanogene Archaea in anoxischen Zonen, Aggregaten und tieferen Bodenschichten Methan produzieren. Im Rahmen des vorangegangenen Projekts haben die Partner (1) die negativen Auswirkungen von hoher Landnutzungsintensität auf methanotrophe Bakterien in Grünlandböden und (2) die hohe saisonale Dynamik des Mikrobioms aufgezeigt, die entscheidet, ob Grünland eine Quelle oder eine Senke für CH4 ist. Im Rahmen des neuen Projektantrages MetGrass werden wir daher die Auswirkungen einer geringeren Intensität der Grünlandnutzung auf Methanotrophe und Methanogene untersuchen. Hierfür werden wir uns an den etablierten gemeinsamen Grünlandexperimenten REX und LUX beteiligen. Wir werden vier komplementäre Hypothesen testen, mit den übergeordneten Zielen, festzustellen, (1) wie die De-Intensivierung zu Veränderungen in der Artenzusammensetzung und Abundanz von Methanotrophen und Methanogenen führt, (2) wie dies mit veränderten Methanflüssen zusammenhängt und (3) wie schnell diese Veränderungen sind. In Arbeitspaket (AP) 1 werden wir die langfristigen Erholungseffekte der CH4-Senkenfunktion und der Methanotrophen in Grünlandböden nach einer De-Intensivierung untersuchen. WP2 untersucht die kurzfristigen Reaktionen von Methanotrophen und Methanogenen auf einzelne Bewirtschaftungsmaßnahmen (z. B. Düngung und Mahd). In WP3 wollen wir ein mikrobiombasiertes Vorhersagemodell für Methanflüsse in Grünlandböden entwickeln. WP4 wird den Kipppunkt der Methan-Senkenfunktion eines Grünlandbodens bei steigenden Düngungsraten identifizieren und dadurch ein mechanistisches Verständnis der zugrunde liegenden Mikrobiomdynamik liefern. Wir werden eine einzigartige Kombination methodischer Ansätze anwenden, die den interdisziplinären Charakter des MetGrass-Teams widerspiegelt. MetGrass wird in der Lage sein, (a) drängende Fragen zu den Auswirkungen einer De-Intensivierung der Landnutzung auf die funktionelle Vielfalt und Aktivität dieser wichtigen Bodenmikroorganismen in Grünländern zu beantworten und (b) die Grundlage für die Verbesserung der Grünlandbewirtschaftung im Hinblick auf eine nachhaltige Landnutzung zu liefern.</p></div> <div class="ExternalClassD7E5434CDD9B4FE4BBF4D184F39A1CFC"><p>Methane (CH4) is the second most relevant greenhouse gas and contributes substantially to global warming. In 2021, global political efforts have been started to mitigate its emission. The soil microbiome is the most important terrestrial methane sink, but this is highly dependent on land use management. A major challenge for today´s agriculture is to adjust land-use intensity to ensure productive and at the same time sustainable grassland production systems to balance greenhouse gas emissions and increasing food demands of a growing world population. Two fundamentally different groups of microbes are crucial for CH4-cycling. Methanotrophic bacteria act as biological sink by oxidizing atmospheric CH4, while methanogens produce methane in anoxic zones, aggregates and deeper soil layers. In the previous project, the partners have revealed (1) the negative impact of high land-use intensity on methanotrophic bacteria in grassland soils, and (2) the high seasonal microbiome dynamics that determine if grasslands are sources or sinks of CH4. The results raise several questions regarding the magnitude and dynamics of land-use intensity effects on CH4-cycling microbiomes and the resulting net surface fluxes. In the new proposal MetGrass, we will thus study the effects of grassland land-use de-intensification on methanotrophs and methanogens, by contributing to the joint multi-site grassland experiments REX and LUX. How a reduction of fertilization, mowing, and grazing will impact biodiversity, activity, abundance and the distribution over the soil profile of methanotrophs and methanogens hast not been investigated in any ecosystem-scale experiment to date. We will test four complementary hypotheses with the overall aim to assess (1) how de-intensification leads to changes of the species composition and abundance of methanogenic and methanotrophic microbes, (2) how this is associated with changed CH4 net surface fluxes and (3) how rapid these changes are. In work package (WP)1, we will study the long-term recovery effects of the CH4 sink function and methanotrophs in grassland soils after de-intensification. WP2 assesses short-term responses of methanotrophs and methanogens to single management events (i.e. fertilization and mowing). In WP3, we aim to develop microbiome-based predictive model of grassland soil CH4 fluxes. WP4 will assess the tipping point of the CH4 sink function of a grassland soil upon increasing rates of fertilization and will thereby provide a mechanistic understanding of underlying microbiome dynamics. We will employ a unique combination of state-of-the-art approaches, reflecting the interdisciplinary nature of the MetGrass team. MetGrass will be able (a) to address pressing questions on the effect of land-use de-intensification on the functional diversity and activity of these key soil microorganisms in grasslands and (b) will deliver the basis for improvement of grassland management towards sustainable land use.</p></div> MetGrass <div class="ExternalClassCBEEE29D-F956-4EC9-8223-0D7B246BF46B"></div> <div class="ExternalClassDEEF81BA-F831-45F1-B73B-3B5C54886966"></div> <div class="ExternalClass23B4EB90-9CE6-44C0-8D43-D90CBA52FDA1"></div> <div class="ExternalClass2D6FC311-E2AB-4298-89EE-32D98D677530"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClass21B3F724-FE87-4BA9-BDE9-68E7264AAF7B"><ul><li>Groß, Verena</li><li>Marhan, Sven</li><li>Urich, Tim, Prof.</li><li>Winter, Hauke</li></ul></div><div class="ExternalClass0FCFAE32F8DF4C8AB0942CB0A0D6F88D"><p>Methan (CH4) ist das zweitwichtigste Treibhausgas und trägt wesentlich zur globalen Erwärmung bei. Im Jahr 2021 wurden weltweit politische Anstrengungen beschlossen, um die stark angestiegenen Methanemissionen einzudämmen. Das Bodenmikrobiom ist die wichtigste terrestrische Methansenke und stark von der Landnutzung beeinflusst. Eine große Herausforderung für die Landwirtschaft ist die Anpassung der Landnutzungsintensität von Grünländern, um produktive und gleichzeitig nachhaltige Produktionssysteme zu gewährleisten. Zwei grundlegend unterschiedliche Gruppen von Mikroben sind für den CH4-Kreislauf entscheidend. Methanotrophe Bakterien wirken als biologische Senke, indem sie atmosphärisches CH4 oxidieren, während methanogene Archaea in anoxischen Zonen, Aggregaten und tieferen Bodenschichten Methan produzieren. Im Rahmen des vorangegangenen Projekts haben die Partner (1) die negativen Auswirkungen von hoher Landnutzungsintensität auf methanotrophe Bakterien in Grünlandböden und (2) die hohe saisonale Dynamik des Mikrobioms aufgezeigt, die entscheidet, ob Grünland eine Quelle oder eine Senke für CH4 ist. Im Rahmen des neuen Projektantrages MetGrass werden wir daher die Auswirkungen einer geringeren Intensität der Grünlandnutzung auf Methanotrophe und Methanogene untersuchen. Hierfür werden wir uns an den etablierten gemeinsamen Grünlandexperimenten REX und LUX beteiligen. Wir werden vier komplementäre Hypothesen testen, mit den übergeordneten Zielen, festzustellen, (1) wie die De-Intensivierung zu Veränderungen in der Artenzusammensetzung und Abundanz von Methanotrophen und Methanogenen führt, (2) wie dies mit veränderten Methanflüssen zusammenhängt und (3) wie schnell diese Veränderungen sind. In Arbeitspaket (AP) 1 werden wir die langfristigen Erholungseffekte der CH4-Senkenfunktion und der Methanotrophen in Grünlandböden nach einer De-Intensivierung untersuchen. WP2 untersucht die kurzfristigen Reaktionen von Methanotrophen und Methanogenen auf einzelne Bewirtschaftungsmaßnahmen (z. B. Düngung und Mahd). In WP3 wollen wir ein mikrobiombasiertes Vorhersagemodell für Methanflüsse in Grünlandböden entwickeln. WP4 wird den Kipppunkt der Methan-Senkenfunktion eines Grünlandbodens bei steigenden Düngungsraten identifizieren und dadurch ein mechanistisches Verständnis der zugrunde liegenden Mikrobiomdynamik liefern. Wir werden eine einzigartige Kombination methodischer Ansätze anwenden, die den interdisziplinären Charakter des MetGrass-Teams widerspiegelt. MetGrass wird in der Lage sein, (a) drängende Fragen zu den Auswirkungen einer De-Intensivierung der Landnutzung auf die funktionelle Vielfalt und Aktivität dieser wichtigen Bodenmikroorganismen in Grünländern zu beantworten und (b) die Grundlage für die Verbesserung der Grünlandbewirtschaftung im Hinblick auf eine nachhaltige Landnutzung zu liefern.</p></div><div class="ExternalClassD7E5434CDD9B4FE4BBF4D184F39A1CFC"><p>Methane (CH4) is the second most relevant greenhouse gas and contributes substantially to global warming. In 2021, global political efforts have been started to mitigate its emission. The soil microbiome is the most important terrestrial methane sink, but this is highly dependent on land use management. A major challenge for today´s agriculture is to adjust land-use intensity to ensure productive and at the same time sustainable grassland production systems to balance greenhouse gas emissions and increasing food demands of a growing world population. Two fundamentally different groups of microbes are crucial for CH4-cycling. Methanotrophic bacteria act as biological sink by oxidizing atmospheric CH4, while methanogens produce methane in anoxic zones, aggregates and deeper soil layers. In the previous project, the partners have revealed (1) the negative impact of high land-use intensity on methanotrophic bacteria in grassland soils, and (2) the high seasonal microbiome dynamics that determine if grasslands are sources or sinks of CH4. The results raise several questions regarding the magnitude and dynamics of land-use intensity effects on CH4-cycling microbiomes and the resulting net surface fluxes. In the new proposal MetGrass, we will thus study the effects of grassland land-use de-intensification on methanotrophs and methanogens, by contributing to the joint multi-site grassland experiments REX and LUX. How a reduction of fertilization, mowing, and grazing will impact biodiversity, activity, abundance and the distribution over the soil profile of methanotrophs and methanogens hast not been investigated in any ecosystem-scale experiment to date. We will test four complementary hypotheses with the overall aim to assess (1) how de-intensification leads to changes of the species composition and abundance of methanogenic and methanotrophic microbes, (2) how this is associated with changed CH4 net surface fluxes and (3) how rapid these changes are. In work package (WP)1, we will study the long-term recovery effects of the CH4 sink function and methanotrophs in grassland soils after de-intensification. WP2 assesses short-term responses of methanotrophs and methanogens to single management events (i.e. fertilization and mowing). In WP3, we aim to develop microbiome-based predictive model of grassland soil CH4 fluxes. WP4 will assess the tipping point of the CH4 sink function of a grassland soil upon increasing rates of fertilization and will thereby provide a mechanistic understanding of underlying microbiome dynamics. We will employ a unique combination of state-of-the-art approaches, reflecting the interdisciplinary nature of the MetGrass team. MetGrass will be able (a) to address pressing questions on the effect of land-use de-intensification on the functional diversity and activity of these key soil microorganisms in grasslands and (b) will deliver the basis for improvement of grassland management towards sustainable land use.</p></div>  <div class="ExternalClassBDA5C681-FDE5-46AF-A1C6-5A945AD706B0">Dr. Mathias Hoffmann; Prof. Dr. Steffen Kolb; Nils Volles</div>Kolb, Steffen<div class="ExternalClass9ED9EAC0-AC45-4ADA-9381-89AD2DD19853">Prof. Dr. Steffen Kolb</a></div>       DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft<div class="ExternalClass2D6FC311-E2AB-4298-89EE-32D98D677530"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div><div class="ExternalClass21B3F724-FE87-4BA9-BDE9-68E7264AAF7B"><ul><li>Groß, Verena</li><li>Marhan, Sven</li><li>Urich, Tim, Prof.</li><li>Winter, Hauke</li></ul></div>22 <div class="ExternalClass07CC5073-BE49-4166-A032-60C832925595"><ul><li>Mikrobielle Biogeochemie</li><li>Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse</li></ul></div><div class="ExternalClassABA9FF8D-6A20-4BFA-A58A-211AC03EDF82"><ul><li>Microbial Biogeochemistry</li><li>Isotope Biogeochemistry & Gas Fluxes</li></ul></div>
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