Publikationen Suppression of methane emission from rice paddies by ferric iron fertilization 136 Molecular analysis of novel methanotrophic communities in forest soil that oxidize atmospheric methane 140 Vertical distribution of the methantrophic community after drainage of rice Field soil 148 Zusammenfassung III Ein weiteres Projekt war es zu prüfen, ob die methanotrophe Bakteriengemeinschaft eines Waldbodens aus Marburg in der Lage ist, atmosphärisches Methan zu oxidieren und ob die

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... phen einen Einfluß auf den Ethylenkreislauf im Boden haben. Der untersuchte Waldboden zeigte im Winter eine Aufnahmekapazität von 1 mg Methan pro m² und Tag. Die Bestimmung der potentiellen Oxidation atmosphärischen Methans durch Bodenschichten unterschiedlicher Tiefen und die Bestimmung von Profilen der Methankonzentration zeigte, daß die maximale Methanaufnahme in tieferen Bodenschichten lokalisiert war. Die maximale Aktivität der Ethylenoxidation war hingegen oberhalb der Methanoxidation lokalisiert und zeigte, daß vermutlich andere Organismen für dessen Oxidation verantwortlich sind. Kintikmessungen der Ethylenoxidation unterstützten diesen Befund, da sie das Vorhandensein von zwei verschieden großen apparenten K m -Werten für Ethylen zeigten. Eine Akkumulation von Ethylen konnte nur unter einer Stickstoffatmosphäre beobachtet werden. Bei dem Versuch die Ethylenproduktion durch Methionin zu stimulieren, wurde festgestellt, daß umweltrelevante Methioninkonzentrationen zu einer deutlichen Hemmung der Methanoxidation führen. Dies läßt vermuten, daß Methionin neben anderen bekannten natürlichen Substanzen für die Lokalisierung der methanotrophen Aktivität in tieferen Bodenschichten verantwortlich war. Über die Art der Hemmung kann bisher nur spekuliert werden. Methanthiol, ein mögliches Abbauprodukt des Methionins, hemmte ebenfalls die Oxidation von atmosphärischem Methan. A Allgemeine Einleitung 1 A. Allgemeine Einleitung A.1 Methan Methan, wie auch CO 2 , N 2 O und H 2 O, hat die Eigenschaft, die erdreflektierte Sonnenstrahlung (Infrarot-Strahlung) zu absorbieren. Die absorbierte Wärmeenergie wird so in der Erdatmosphäre zurückgehalten und führt dort zu deren Erwärmung (Treibhauseffekt). In einer Erdatmosphäre ohne Treibhausgase wäre die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche -18°C. Die Entwicklung von Leben auf der Erde wäre hierdurch vermutlich nicht möglich gewesen. Der globale Methankreislauf (Abb. A.1) wird durch biotische und abiotische Prozesse kontrolliert. Rund 80% des Methans entstehen durch biologische Prozesse (Heyer, 1990). Es wird als Endprodukt des anaeroben Abbaus von organischem Material hauptsächlich aus CO 2 /H 2 und Acetat durch methanogene Archaea gebildet. Die wichtigsten biogenen Quellen für atmosphärisches Methan sind natürliche Feuchtgebiete mit 115 Tg pro Jahr, Wiederkäuer mit 80 Tg pro Jahr, Reisfelder mit 60 Tg pro Jahr und Termiten mit 20 Tg pro Jahr. Nicht biogene Quellen sind Kohlegruben und die Petroleumindustrie, zusammen 100 Tg pro Jahr und die Biomasseverbrennung mit 40 Tg pro Jahr (IPCC, 1994). Im Vergleich zu den zahlreichen Quellen existieren nur wenige Senken für atmosphärisches Methan: Durch photochemische Reaktionen mit Hydroxylradikalen werden rund 88% abgebaut, ca. 7% gelangen durch Diffusion in die Stratosphäre. Die einzige biogene Senke für atmosphärisches Methan stellt die Oxidation von Methan zu CO 2 durch methanotrophe Bodenbakterien dar. Dieser Prozeß ist mit etwa 5% an der Methansenke beteiligt (Wuebbles et al., 1999). Der Methanfluß aus methanogenen Systemen wird ebenfalls durch methanotrophe Bakterien beeinflußt. Während der Passage durch die oxischen Zonen an der Bodenoberfläche und den wurzelumgebenden Boden, werden bis zu 97% des produzierten Methans oxidiert, bevor es in die Atmosphäre gelangt (Conrad und Rothfuss