Entwicklung von biologischen Bodenkrusten auf Rohböden

Klimaabhängigkeit der physiologischen Aktivität und kleinräumlichen Entwicklung von biologischen Bodenkrusten in Brandenburg

Art des Projekts: Forschungsprojekt mit einer Laufzeit von Januar 2018 bis Dezember 2020

Leitung: Dr. Maik Veste, Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg und Universität Hohenheim

Kooperationspartner: M.Sc. Stella Gypser, (BTU) und Dr. Werner B. Herppich, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie, Potsdam-Bornim

Über das Projekt

Nährstoffarme Rohböden sind extreme Standorte. So siedeln auf den obersten Millimeter dieser Böden stresstolerante, wechselfeuchte Organismen, die an Trockenheit und Nährstoffarmut angepasst sind. Diese sogenannten biologischen Bodenkrusten verkleben die Bodenpartikel durch ihre Filamente und ausgeschiedenen Exopolysaccharide miteinander. Diese komplexen Lebensgemeinschaften bestehen aus einer Vielzahl verschiedener Cyanobakterien, Grünalgen, Lebermoose, Laubmoose, Pilze, Bakterien und Flechten und stellen mit ihren komplexen Interaktionen ein „Ökosystem en Miniature“ dar. Sie fördern die weitere Bodenentwicklung durch den Eintrag von Kohlenstoff und Nährstoffen und beeinflussen Prozesse auf der Ökosystemebene. In Brandenburg sind insbesondere die Trockenrasen auf Sanddünen, aber auch die Bergbaufolgelandschaften ökologisch interessante Standorte für Untersuchungen zur Entwicklung der biologischen Bodenkrusten. Zudem haben die Habitate auch aus Sicht des Naturschutzes einen hohen Wert für die Landschaft, so dass die Untersuchung der Funktion der Biokrusten neue Aspekte für die Ökologie dieser Lebensräume liefern kann.

Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Entwicklung von Biokrusten auf Rohböden in Offenlandschaften und deren Bedeutung für den Kohlenstoffhaushalt aufzuklären. In unterschiedlichen Klimabedingungen werden Freilandversuche angelegt, um den Einfluss von Niederschlägen und Trockenphasen auf die physiologischen Aktivitätsphasen unterschiedlicher Organismen und deren Wachstum zu ermitteln. Auch die räumliche Differenzierung der unterschiedlichen Biokrusten wird von den mikroklimatischen Randbedingungen gesteuert. Die Frage nach den ökologischen Wirkmechanismen der mikroklimatischen Prozesse zwischen der Bodenoberfläche und der angrenzenden Atmosphäre sowie deren Bedeutung für die Ökophysiologie photoautotropher Bodenorganismen und die räumliche Differenzierung stehen im Mittelpunkt der Forschung.

Die Forschungsstation Linde verfügt mit ihrer Mikroklimastation über ideale Forschungsbedingungen für diese Freilanduntersuchungen. Parallel werden auf dem künstlichen Wassereinzugsgebiet Hühnerwasser im Tagebau Welzow Süd in Südbrandenburg vergleichende Messungen durchgeführt. Optische Sensoren messen kontinuierlich die physiologischen Aktivitätsphasen der Mikroorganismen, während die Dauer der Befeuchtung und das Austrocknungsverhalten der unterschiedlichen Krustentypen mit neuentwickelten Biokrusten-Feuchte-Sensoren erfasst wird. Ökophysiologische Messungen der Photosynthese mit bildgebenden Verfahren und in klimatisierten Gaswechselküvetten ergänzen die Langzeituntersuchungen im Freiland. Dabei ist eine Hochrechnung der physiologischen Aktivitätsphasen im Jahresverlauf eine unabdingbare Voraussetzung für die Bilanzierung der jährlichen Kohlenstoffflüsse und dem Wachstum der Biokrusten. Aus diesen Untersuchungen wird die Bedeutung der Biokrusten für die Bodenentwicklung und den Kohlenstoffhaushalt von initialen Böden im mitteleuropäischen Klima abgeleitet.