Project

Biogeochemistry ; forest; Dissolved organic matter; Nutrient cycle; Enzyme; Phosphorus; soil

Lead
Phosphor (P) ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen. In Waldböden ist jedoch nur ein kleiner Anteil, das freie gelöste Phosphat, direkt pflanzenverfügbar. Der grösste Teil liegt in schlecht verfügbaren Formen vor, entweder als organischer Phosphor oder es ist an Minerale gebunden. Mit der Entwicklung von Waldökosystemen nimmt das leicht verfügbare anorganische Phosphat ab, während organische Phosphorverbindungen im Nährstoffkreislauf an Bedeutung gewinnen. Ein kleiner Anteil dieses organischen Phosphors liegt in gelöster und daher mobiler Form als „dissolved organic phosphorus“ (DOP) vor. Allerdings ist bisher wenig über die Rolle von DOP im Phosphorkreislauf von Wäldern bekannt. Wir untersuchen, wie gross die DOP-Flüsse sind, aus welchen Stoffgruppen DOP besteht, und wie bio-verfügbar DOP für Mikroorganismen und Pflanzen ist. Hierbei sollen enzymatische Tests und markierte Substanzen zum Einsatz kommen.
Lay summary
Einleitung Phosphor (P) ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen. In Waldböden ist jedoch nur ein kleiner Anteil, das freie gelöste Phosphat, direkt pflanzenverfügbar. Der grösste Teil liegt in schlecht verfügbaren Formen vor, entweder als organischer Phosphor oder es ist an Minerale gebunden. Mit der Entwicklung von Waldökosystemen nimmt das leicht verfügbare anorganische Phosphat ab, während organische Phosphorverbindungen im Nährstoffkreislauf  an Bedeutung gewinnen. Ein kleiner Anteil dieses organischen Phosphors liegt in gelöster und daher mobiler Form als „dissolved organic phosphorus“ (DOP) vor. Allerdings ist bisher wenig über die Rolle von DOP im Phosphorkreislauf von Wäldern bekannt. Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts Das Forschungsprojekt hat zum Ziel (i) die Flüsse von gelöstem organischem Phosphor entlang eines Gradienten der Phosphorverfügbarkeit zu quantifizieren, (ii) den DOP im Bodenwasser von Waldökosystemen biochemisch zu charakterisieren, um nachfolgend zu ermitteln (ii) wie bioverfügbar DOP ist, und welche Bedeutung DOP als Phosphorquelle für Mikroorganismen und Pflanzen hat. Ausserdem zielen wir  darauf zu testen, (iii) ob und wie Pflanzen DOP  aufnehmen können. Hier soll  markiertes DOP (Isotope 13C, 14C und 33P) zum Einsatz kommen. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Dieses Projekt soll die Bedeutung von gelösten organischen Phosphorverbindungen im Nährstoffkreislaufs von Waldökosystemen ermitteln. Da viele Ökosysteme zunehmend durch Phosphor limitiert sind, können die Erkenntnisse über ein verbessertes Prozessverständnis zu einem nachhaltigen und zukunftsorientierten Waldmanagement beitragen.

Direct link to Lay Summary

Last update: 26.06.2014

Active participation

Active participation

Communication	Title	Media	Place	Year

Title	Year

As mineral sources of phosphorus are becoming increasingly scarce with progressing ecosystem development, forests start to recycle organic phosphorus. Inorganic phosphorus forms tend to be bound strongly to secondary minerals, thus, they are hardly available to plants and are not leached from soil. Instead, phosphorus leaching losses tend to be governed by mobile organic forms, in whatever state the ecosystem is. However, very little is known on the composition, mobility, and bioavailbaility of dissolved organic phosphorus (DOP). Microbial compounds such as nucleotides and nucleic acids are probably the most mobile fraction of DOP in soils, while plant-derived compounds, such as phytate, are less prone to leaching. However, these potentially mobile microbial compounds are enzymatically hydrolysable, and thus, they may be taken up by plants, which reduces DOP leaching losses from recycling ecosystems.Our proposed project aims at identifying the chemical characteristics of DOP compounds controlling their mobility, the environmental controls on DOP composition, and if DOP compounds are plant available. We will collect forest floor seepage water and solutions from mineral soils along the SPP1685-gradient of phosphorus availability. These solutions will be analyzed for chemical organic phosphorus species, using spectroscopic methods (basically NMR, complemented by XPS and XANES analyses on selected samples), and for enzymatic release of the phosphorus contained (in combination with spectroscopic methods). This approach will inform on mobile and labile dissolved organic phosphorus compounds. Similar analyses will be carried out on solutions deriving from other proposed SPP-experiments on potential controls (drought, pH) on dissolved phosphorus release. Laboratory assays will be conducted to estimate the potential mobility of organic phosphorus species (sorption experiments, in combination with spectroscopic methods) as well as experiments with 13C, 14C and 33P labeled compounds. The latter will address the potential plant uptake of DOP, either after enzymatic hydrolysis or by direct uptake of small molecules.