Pilotprogramm mikrobielle Diversität an NABO-Standorten

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: 8T20/14.0008.PJ

Schlüsselwörter (Deutsch)

Biodiversität, Bodenlebewesen, Mikrobiom, mikrobielle Erbsubstanz (DNA), Bodenfunktionen, Next Generation Sequencing (NGS), funktionelle Diversität, genetische Diversität

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt und des Bundesamtes für Landwirtschaft betreibt die Nationale Bodenbeobachtung (NABO) gemäss Art. 3 der Verordnung über Belastungen des Bodens (VBBo) ein nationales Referenzmessnetz zur Beobachtung der Belastungen des Bodens. In diesem Projekt soll die mikrobielle Diversität von Bodenproben von 30 NABO-Standorten bestimmt werden (je 10 Grasland-/Acker-/Waldstandorte). In Verbindung mit den bereits erhobenen Befunden zur Biomasse und mikrobiellen Aktivität erlaubt dies, die mikrobiologische Charakterisierung von typischen Schweizer Böden innerhalb des NABO-Referenzmessnetzes durchzuführen und die entsprechende Methodologie für die Bodendauerbeobachtung zu etablieren und die biologischen und funktionellen Aspekte der Bodenfruchtbarkeit besser zu erfassen.

Projektziele (Deutsch)

Ziel ist die Bestimmung der Biodiversität sowie der Diversität ausgewählter Funktionen von Pilzen und Bakterien in den Böden von 30 Standorten der Nationalen Bodenbeobachtung NABO. Daneben soll die Praxistauglichkeit der verwendeten Methoden und Prozesse für die Bodendauerbeobachtung geprüft werden und zuhanden der Vollzugsbehörden Empfehlungen formuliert werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

MiDiBo NABObio Projekt hat 3 Hauptziele definiert:

1. Bakterien- und Pilzdiversität an 30 NABO-Standorten zu bestimmen In den 30 untersuchten Standorten konnten ortsspezifische mikrobielle Gemeinschaften detektiert werden, die während den untersuchten fünf Jahren relativ stabil waren. Dies ermöglicht die Benutzung von Metabarcoding für eine allgemeine Überwachung der mikrobiellen Diversität in Böden.

2. Detaillierte Auswertung der Unterschiede in Assoziationspräferenzen von bestimmten Populationen mit spezifischen Boden- (Habitat-) Eigenschaften. Jeder der 30 betrachteten Standorte weist eine ihm eigene mikrobielle Gemeinschaftsstruktur auf. Zudem zeigten auch die Landnutzungstypen (Acker, Grasland und Wald) unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften. Bakterielle Gemeinschaften werden zusätzlich durch den pH Wert, das C/N Verhältnis, sowie den Tongehalt des Bodens strukturiert, während pilzliche Gemeinschaften durch das C/N Verhältnis und den pH Wert signifikant beeinflusst werden.

3. Methodische Empfehlungen für eine routinemässige Untersuchung der mikrobiellen Vielfalt der Böden des NABO-Referenzmessnetzes:

- Biomassebestimmung durch DNS Mengenbestimmung ist möglich, sie könnte mittels Quantifizierung der fürs Metabarcoding benötigten DNS Extrakte erfolgen, welche für spätere Analysen archiviert werden kann.

- Metabarcoding erlaubt eine detaillierte Dauerbeobachtung der Bodenbiodiversität: die Standortspezifizität der mikrobiellen Gemeinschaften zeigt, dass das Metabarcoding stabile Daten in ungestörten Systemen liefert, was eine Voraussetzung für eine Dauerbeobachtung ist. Da nur geringe Zusammenhänge zwischen Umweltparametern und der Alphadiversität gefunden wurden, eignet sich die Messung der Alphadiversität nur beschränkt für Monitoringzwecke. Zur Erhebung der mikrobiellen Biodiversität sind die Gemeinschaftsstrukturen besser geeignet als der Artenreichtum.

- Gezieltes Biodiversitätsmonitoring von einzelnen Arten oder Artgruppen ist möglich: das Vorkommen von Arten mit hoher Priorität, beispielsweise bedrohte oder invasive Arten, kann gezielt verfolgt werden. Die molekulare Ansätze erlauben grossflächige Erfassungen, welche nicht auf morphologischen Beschreibungen basieren. In der Liste der national prioritären Arten, werden 943 Grosspilze angegeben. Weniger als die Hälfte davon (401 Arten) befinden sich in der molekulargenetischen Datenbank. Von diesen 401 Arten konnten 55 Arten im NABObio-System nachgewiesen werden. Das Metabarcoding kann komplementär zu den bisherigen morphologischen Erhebungen angewendet werden und beispielsweise zur Validierung oder Überarbeitung des Gefährdungsstatus der Pilzarten beitragen.