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Enzyme activities and microbial community composition in soils from northern latitudes with special emphasis on cryoturbated arctic soils
Jörg Schnecker
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Andreas Richter
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30038.07422.343261-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mikroorganismen im Boden scheiden Enzyme aus um
Kohlenstoff und Nährstoffe, für Energie und Wachstum,
zu akquirieren. Obwohl dieser Schritt von großer
Bedeutung beim Abbau organischen Materials in allen
Bodenhorizonten ist, weiß man bis jetzt vergleichsweise
wenig über die Kontrollen über Aktivitäten und
Muster von Enzymen in Unterböden. Dies ist gerade
in arktischen Permafrostregionen von großer Bedeutung,
da hier 400 Gt Kohlenstoff in Form von kryoturbiertem
Material, welches durch Frier-Tau-Zyklen in
den Unterboden eingebracht wurde, vorliegen.
Da die Verbindung zwischen mikrobieller Gemeinschaftszusammensetzung
und Enzymaktivitäten und
Enzymmustern einen wichtigen Platz in dieser Arbeit
einnimmt, war es notwendig eine Methode zum Lagern
und Transportieren von Bodenproben, ohne die
Notwendigkeit diese konstant gefroren zu halten zu,
entwickeln. Diese Methode wird im ersten Teil der Arbeit
beschrieben.
Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt Enzymmuster
und deren Kontrollen in Ober-und Unterböden. Die
Enzymmuster unterschieden sich stärker zwischen
den Horizonten, die maximal einen Meter auseinander
waren, als zwischen den sieben Ökosystemen entlang
des 1500 km langen Nord-Süd Transekts in Westsibirien.
In den oberen Bodenschichten waren die Enzymaktivitäten
mit Bodenparametern (C, N, C/N) aber
auch mit der mikrobiellen Gemeinschaftszusammensetzung
korreliert. In den mineralischen Unterböden
waren die Enzymmuster ebenfalls mit der Zusammensetzung
der mikrobiellen Gemeinschaft korreliert,
nicht aber mit den Bodenparametern.
Zusätzlich zeigen unsere Untersuchungen von arktischen
Permafrostböden, dass Enzymaktivitäten in
nicht turbierten Bodenhorizonten vom C- bzw. N-Gehalt
kontrolliert werden, während Enzymaktivitäten
in kryoturbiertem Material eine zusätzliche Kontrolle
durch die mikrobielle Gemeinschaftszusammensetzung
erfahren.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit Unterschiede in
den Enzymmustern in Ober- und Unterböden auf und
unterstreicht die Bedeutung der Zusammensetzung
der mikrobiellen Gemeinschaft als Kontrolle über
Enzymaktivitäten und Enzymmuster in Unterböden.
Dies ist eine Kontrolle, die sogar den Abbau im Allgemeinen
reduzieren könnte und die somit eventuell zur
Konservierung von kryoturbiertem Material in arktischen
Permafrostböden beiträgt.
Abstract
(Englisch)
Soil microorganisms exude enzymes to acquire carbon
and nutrients, necessary for energy production and
microbial growth. Although a crucial step in soil organic
matter (SOM) decomposition at all soil depths,
little is known about the controls on enzyme activities
and enzyme patterns in subsoil horizons. This is of
special interest in the arctic permafrost region, where
400 Gt of carbon are currently stored as cryoturbated
organic material, which has been subducted into the
mineral subsoil by freeze-thaw cycles.
Since a main focus of this thesis is the connection of
microbial community composition (MCC) and enzyme
activities and enzyme patterns in soils from remote
regions, it was necessary to develop a method to
store and transport soil samples without keeping them
frozen continuously. This method is described in the
first part of this thesis.
The second part of this thesis describes enzyme patterns
and their controls in topsoils and subsoils. Enzyme
patterns differed stronger between horizons,
which were at the most 1 m apart, than between seven
ecosystems along a 1,500 km North-South transect in
Western Siberia. In topsoil horizons, enzyme patterns
were correlated to SOM parameters (C, N, C/N) and
MCC. In mineral subsoil horizons, enzyme patterns
were also correlated to MCC but not to SOM parameters.
Additionally we found that in non-turbated horizons
of arctic permafrost soils, enzyme activities were controlled
by C or N content, whereas in cryoturbated material
all enzyme activities were additionally affected
by the MCC (third part of the thesis).
Overall this thesis highlights the different enzyme patterns
in topsoil and subsoil horizons and identifies
MCC as an important control over enzyme activities
and enzyme patterns in subsoils - a control that might
even restrain decomposition in general and might be a
reason for the persistence of cryoturbated organic material
in arctic permafrost soils.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
enzyme activites microbial community composition soil microbial decomposition Arctic tundra taiga steppe
Schlagwörter
(Deutsch)
Enzymaktivitäten mikrobielle Gemeinschaftszusammensetzung Boden mikrobieller Abbau Arktis Tundra Taiga Steppe
Autor*innen
Jörg Schnecker
Haupttitel (Englisch)
Enzyme activities and microbial community composition in soils from northern latitudes with special emphasis on cryoturbated arctic soils
Paralleltitel (Deutsch)
Enzymaktivitäten und mikrobielle Gemeinschaftszusammensetzung in Böden nördlicher Breiten mit besonderer Berücksichtigung arktischer, kryoturbierter Böden
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
91 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Richter
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC12090155
Utheses ID
30790
Studienkennzahl
UA | 094 | 437 | |