Function and composition of the soil microbial community in calcareous grassland exposed to elevated atmospheric carbon dioxide

摘要: Terrestrial ecosystems generally respond to rising atmospheric carbon dioxide (CO2) concentrations with increased net primary productivity and water use efficiency. This may change the amount quality of organic substances entering soil fuelling microbial metabolism. Soil microorganisms their activity might also be affected by moisture at elevated CO2. thesis was designed analyse response community in a species-rich calcareous grassland Swiss Jura Mountains, which had been exposed ambient CO2 (365 600 ppm) for six growing seasons. In first study, laboratory incubation experiments were conducted explore relationship between litter under enzymes involved cycling. Naturally senescent, mixed from long-term field experiment incubated material 10, 30 60 days. samples then obtained close layer using microtome cutting device. Litter analysed invertase xylanase activity. The lower produced CO2, i.e. wider C/N ratio, yielded activities litter. addition stimulated adjacent soil. Invertase not quality, while higher compartments plots. reduced enzyme can slow decomposition, least during initial stages. Since effects on small, we conclude that CO2-induced belowground C-inputs (e.g. root mass) altered conditions are more important controls than quality. In second functional diversity assessed analysing N-mineralisation C-, N-, P- S-cycle taken spring summer 1999, 6th season exposure. spring, significantly 30% there no significant difference treatments summer. enrichment pronounced when alkaline phosphatase urease most strongly, 32% 21%, respectively. summer, differences greatest case protease (+21% +17% CO2). stimulation probably caused and/or biomass. third structure 1999 means PLFA profiles 16S rDNA fingerprints PCR-DGGE. Ordination analysis DNA revealed relation variation fingerprints. must attributed low intensity bands because dominant did differ treatments. Diversity bacterial (number Shannon indices) affected. observed minute, but changes rhizodeposits These could either result rhizodeposition individual plants or species composition grassland.The 4th part compiles data microorganisms, fauna, nitrogen cycle after exposure Microbial biomass, basal respiration metabolic quotient significantly. shift ratio fungi bacteria. Protozoans, bacterivorous fungivorous nematodes, acarians, collembolans, root-feeding nematodes Total nematode numbers averaged slightly (-16%) mass (by 43%) due fewer large-diameter classified as omnivorous predacious. resulted towards smaller aggregate sizes; this moisture. Reduced sizes pore neck diameters. confine locomotion possibly accounts decrease. cycle. N stocks living surface increased, matter remained unaltered. mineralisation considerably, treatments, indicating immobilization rates Terrestrische Okosysteme reagieren auf die gegenwartige Erhohung der atmospharischen CO2-Konzentration mit Steigerung Nettoprimarproduktion und verbesserter Effektivitat Wassernutzung. Dies kann dazu fuhren, dass sich Menge Qualitat organischen Substanzen, den Boden gelangen heterotrophen Bodenmikroorganismen als Energiequelle dienen, verandern. ihre Aktivitat konnen zudem durch hohere Bodenfeuchte unter erhohtem beeinflusst werden. Diese Dissertation hatte zum Ziel, Reaktion bodenmikrobiellen Gemeinschaft eines Kalkmagerrasens, uber sechs Vegetationsperioden CO2-angereicherter Luft (600 begast wurde, naher zu charakterisieren.Im ersten Teil wurde ein Laborexperiment durchgefuhrt, um Einfluss Streuqualitat von Enzymen des C-Kreislaufes bestimmen. Hierzu gemischte Streu inkubiert, Proben unmittelbarer Nahe gewonnen. Die Invertase- Xylanaseaktivitat Streu, produziert war generell erniedrigt. Streuzugabe stimulierte Enzymaktivitaten im angrenzenden Boden. Invertaseaktiviat Herkunft nicht beeinflusst, wies jedoch Werte bei Inkubation aus erhohten-CO2-Variante auf. geminderten geringere Abbauraten Initialstadium Abbaus zur Folge habe. Da insgesamt nur wenig Aktivitaten direkt hatte, sind fur Bodenenzymaktivitaten CO2-induzierte Anderungen C-Eintrage Wurzeln das veranderte Feuchteregime vermutlich bedeutsamer Streuqualitat.In zweiten Studie funktionelle Diversitat Bestimmung N-Mineralisation S-Kreislaufe charakterisiert. wurden Fruhjahr Sommer genommen. Unter erhoht, wahrend kein signifikanter Anstieg verzeichnen war. Enzyme reagierten ebenfalls starker CO2-Anreicherung Sommer, wobei Alkalischen Phosphatase Urease am starksten gesteigert waren (+32% bzw. +21%). Im Unterschiede zwischen CO2-Varianten (+21%) Protease (+17%) grosten. signifikante man grosere Wurzelmasse zuruckfuhren. dritten Arbeit bodenmikrobielle Gemeinschaftsstruktur dem mittels PLFA-Mustern DGGE-Profilen PLFA-Muster beeinflusst. Eine Ordinationsanalyse DNA-Profile zeigte, es Fall Sommer-Proben eine Beziehung Variation DNA-Profilen gab. muss allerdings Banden geringer Intensitat zugeschrieben werden, da dominanten Varianten unterschieden haben. geringen, aber signifikanten Effekte bakteriellen moglicherweise qualitative Rhizodeposition, resultierend entweder einer Rhizodeposition einzelner Pflanzenarten oder veranderten Artenzusammensetzung, hervorgerufen.Der vierte besteht Synthese Daten Mikroorganismen, Bodenfauna, Bodenstruktur N-Kreislauf nach 6 Jahren Kalkmagerrasens. Mikrobielle Biomasse, Basalatmung, metabolischer Quotient Pilz/Bakterien-Verhaltnis zeigten keine Anderung Protozoen, bakterivore fungivore Nematoden, Milben Collembolen, wurzelfressenden Nematoden Gesamtindividuenzahl etwas erniedrigt (-16%), Biomasse signifikant 43% reduziert. ist Ruckgang omnivoren rauberischen einem grosen Korperdurchmesser zuruckzufuhren. bewirkte Verschiebung kleineren Aggregatgrosen, verursacht erhohte Bodenfeuchte. Kleinere Aggregatgrosen bedingen Porendurchmesser, Bewegung groser einschranken kann. beeinflusste auch N-Kreislauf: N-Vorrate Pflanzen nahmen zu, bodenorganischen Substanz Mikroorganismen gleich blieben. Obwohl zeitweise stark erhoht war, unterlag mikrobielle keiner Veranderung, so netto N-Immobilisierungsraten unverandert