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Physical influence of microbial communities on the structure and occlusion of particulate organic matter in a sandy agricultural soil
Büks, Frederick
Soil aggregate stability is an integral marker of soil fertility. Well aggregated soil contributes to high rootability, a proper water and aeration regime, resistance against compaction and erosion as well as storage capability of organic carbon. The aggregation of soil primary particles and microaggregates is promoted not only by a large variety of physico-chemical but also biological interactions, that are based on e.g. the excretion of bacterial extracellular polymeric substance (EPS) or fungal glomalin, concretion of biomineralization products or adsorption of hydrophobic cell debris on soil particle surfaces. Hence, microbial growth, exudation and grazing of bacterial-feeding organisms on sessile prokaryotes – most living within a viscouse EPS matrix (biofilms) – are assumed to play a regulating role in the occlusion of POM within soil aggregates. In consequence, microbial communities would have physical influence on organic matter cycling e.g. in agricultural soils.
In the present doctoral thesis, a sandy agricultural soil was treated with EPS degrading enzymes, the bacterial feeding nematode Acrobeloides buetschlii or two different non-converging microbial communities. After these treatments, respective changes of POM occlusive strength were measured. Results show no or little influence of microbial communities living in pores above the lower mesopore scale (~10 μm) on the POM occlusive strength, whereas the applied methods were not suitable to affect organisms within smaller pores. If there is a markable stabilizing effect of microbial processes, it is located within the finer mesopores as indicated by current literature. The present work highlighted this indication from a new point of view. Future research should focus on the role of EPS as an aggregation agent within small mesopores.
Die Aggregatstabilität in Böden ist ein integrales Merkmal von Bodenfruchtbarkeit. Gut aggregierter Boden unterstützt Durchwurzelbarkeit, Wasser- und Luftversorgung, die Widerstandsfähigkeit gegen Verdichtung und Erosion sowie seine Fähigkeit organischen Kohlenstoff zu speichern. Zur Aggregierung von Primärpartikeln und Mikroaggregaten trägt eine große Vielfalt nicht nur physico-chemischer sondern auch biologischer Wechselwirkungen bei, die z.B. auf die Ausscheidung bakterieller extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) oder pilzlichen Glomalins, auf Biomineralisationsprodukte oder die Adsorption hydrophober Zellfragmente an Bodenpartikel zurückgehen. Daher kann angenommen werden, dass mikrobielles Wachstum, Exsudation und die Beweidung sessiler Prokaryoten, von denen die meisten in einer viskosen EPS Matrix leben (Biofilm), einen regulierenden Einfluss auf die Stärke der POM Okklusion in Bodenaggregaten haben. Folgerichtig hätten mikrobielle Gemeinschaften einen physikalischen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf z.B. in Ackerböden. In dieser Arbeit wurde sandiger Ackerboden mit EPS-verdauenden Enzymen, der auf bakteriellen Biofilmen weidenden Nematodenart Acrobeoloides buetschlii sowie verschiedenen nicht konvergierenden mikrobiellen Gemeinschaften behandelt. Nach der Inkubation wurde die jeweilige Veränderung der POM-Okklusionsstärke gemessen. Die Ergebnisse zeigen wenig bis keinen Einfluss der im oberen Mesoporenbereich (< 10 μm) lebenden microbiellen Gemeinschaften auf die POM-Okklusionsstärke, während die verwendeten Methoden nicht geeignet waren, Organismen in feineren Poren zu erreichen. Sofern ein bedeutender stabilisierender Effekt durch mikrobielle Prozesse existiert, ist dieser im unteren Mesoporenbereich verortet, wie in der aktuellen Literatur angedeutet wird. Diese Arbeit hebt jenen Effekt aus einem neuen Blickwinkel hervor. Zukünftige Arbeiten sollten ihren Fokus auf die Rolle von EPS als Aggregierungsmittel im unteren Mesoporenbereich legen.
