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DASIM

Geldgeber: DFG // Laufzeit: 2016 - 2019 // PI: Prof. Dr. Christoph Müller

DASIM - Denitrification in Agricultural Soils: Integrated control and Modelling at various scales

 

Denitrifikation ist der Prozess der Nitratreduktion der es Mikroben unter aerobe Bedingungen erlaubt zu atmen, ist ein Schlüsselprozess der reaktiven Stickstoff aus dem Boden als reaktionsträges N2 in die Atmosphäre zurückführt. Die einzelnen Schritte (NO3- -> NO2- -> NO -> N2O -> N2) werden enzymatisch gesteuert durch eine große Fülle von Pro- und auch Eukaryonten. Aktive Denitrifizierer Gemeinschaften im Boden weise distinkte regulatorische Phänotypen (DRP) auf, mit charakteristischer Kontrolle einzelner Reaktionsschritte und der Endprodukte. Es ist ungeklärt ob DRPs Bei Denitrifizierern taxonomisch fest gelegt sind und wie sehr die Umweltbedingungen diese verändern können. Obwohl seit über 100 Jahren daran geforscht wird, können die Denitrifikationsraten und die Emission der gasförmigen Produkte noch immer nicht zufriedenstellen erklärt und vorhergesagt werden. Während der Einfluss einzelner Umweltbedingungen schon gut verstanden wird, ist die Komplexität des Gesamtprozesses mit seiner komplizierten zellularen Regulation als Reaktion auf sehr variable Faktoren in der Bodenmatrix noch nicht aufgeklärt. Schlüsselparameter sind der Sauerstoffpartialdruck im Boden, der Gehalt an organischem Material und deren Qualität, der pH-Wert und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, welche wiederum von der Bodenstruktur, -chemie und der Boden-Pflanzen-Interaktion mitbestimmt wird. In diesem Projekt haben wir das Ziel quantitative Vorhersagen der Denitrifikationsraten als Funktion von der Bodenmikrostruktur, der Qualität der organischen Masse, der DRPs und der atmosphärischen Grenzschicht-Bedingung treffen zu können. Dabei setzen wir auf die neuesten experimentellen und analytischen Methoden (X-ray µCT, 15N tracing, NanoSIMS, Mikrosensoren, advanced flux detection, NMR Spektroskopie, molekular Methods inklusive „next generation sequencing of functional gene transcripts“) um eine sehr genaue räumliche und zeitliche Auflösung der Prozessschritte zu erlangen. Verbesserte numerische Methoden und Rechnerkapazitäten sollen es ermöglichen die Ergebnisse der einzelnen Gruppen zu integrieren und neue Denitrifikationsmodelle zu entwickeln die von der Mikroskala (Phase 1) bis zur Feldskala (Phase 2) reichen sollen.

 

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