Root and rhizomicrobial respiration: A review of approaches to estimate respiration by autotrophic and heterotrophic organisms in soil

Weinheim

2005

S. 503-520

5 Abb., zahlr. Lit. Ang.

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200125912

Trennung des wurzelbürtigen CO2-Effluxes aus dem Boden (oft als Rhizosphärenatmung bezeichnet) in die eigentliche Wurzelatmung (= Atmung der Autotrophen) und die rhizomikrobielle Atmung (= ein Teil der Atmung der Heterotrophen) ist entscheidend für die Bestimmung des Kohlenstoff (C)- und Energiehaushaltes von Pflanzen und Böden. Sie ist unentbehrlich für die Quantifizierung der C-Quellen für Rhizosphären-Mikroorganismen und die organische Bodensubstanz, aber auch zur Kopplung der Netto-Ökosystemproduktion (NEP) mit den Netto-Ökosystemaustausch (NEE). Künstliche Wachstumsmedien für Pflanzen (Hydrokultur oder Bodensterilisation) lieferten für die C-Partionierung unrealistische Ergebnisse und sind für die Vorhersage der C-Flüsse unter natürlichen Bedingungen kaum anwendbar. Bis heute sind folgende Methoden zur Trennung der Wurzelatmung und der rhizomikrobiellen Atmung in nicht sterilen Böden vorgeschlagen worden: 1) Komponenten-Integration, 2) substratinduzierte Atmung, 3) Messung der Atmung von abgeschnittenen Wurzeln, 4) Vergleich des 14CO2-Effluxes aus dem wurzelbürtigen CO2 mit dem aus der rhizomikrobiellen Atmung, 5) Isotopen-Verdünnung, 6) Anwendung von künstlichen Rhizodepositen, 7) Modellierung der Dynamik des 14CO2-Effluxes, 8) Auswaschung der Exsudate und 9) mikrobielle Biomasse. Dieser Übersichtsartikel beschreibt die Grundlagen und Annahmen dieser Methoden und vergleicht die Ergebnisse aus den Originalpublikationen mit Studien, die auf einen Vergleich der Methoden ausgerichtet waren. Die Methode der Komponenten-Integration führt zu einer starken Störung und zu einem nicht proportionalen Anstieg des CO2-Effluxes aus unterschiedlichen Quellen. Vier Methoden (5-8) basieren auf einer Pulsmarkierung von Pflanzen in einer 14CO2-Atmosphäre und anschließendem Monitoring des CO2-Effluxes aus dem Boden. Die Methoden der künstlichen Rhizodeposite und der Auswaschung von Exsudaten überschätzen die Wurzelatmung stark und unterschätzen die rhizomikrobielle Atmung. Trotz gegensätzlicher Annahmen zeigen die Isotopen-Verdünnung und die Modellierung der Dynamik des 14CO2-Effluxes ähnliche Ergebnisse. Die Methode, die auf der 13C-Isotopensignatur des CO2 und der mikrobiellen Biomasse basiert, scheint viel versprechend zu sein, insbesondere wenn Pflanzen kontinuierlich in der 13CO2- oder 14CO2-Atmosphäre markiert werden. Differenzmethoden wie Trenching, Baumgürteln (tree girdling) und Wurzelausschlusstechnik (root exclusion) sind für eine Trennung der Atmung von autotrophen und heterotrophen Organismen nicht anwendbar, weil sie die Wichtigkeit der mikrobiellen Veratmung der Rhizodeposite vernachlässigen.