Mikrobielle Gemeinschaften werden direkt und indirekt von einem komplexen System verschiedenster Interaktionen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren beeinflusst. So zum Beispiel von verschiedenen Pflanzenarten und ihren jeweiligen Eigenschaften, dem Nährstoffgehalt des Bodens, sowie dem pH-Wert. Im Gegenzug gestalten Mikroorganismen als wichtige Treiber der C- und N-Kreisläufe ihre Umwelt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mehrere Studien unter kontrollierten Feld- und Laborbedingungen, sowie unter natürlichen Bedingungen im Freiland durchgeführt, um verschiedene Einflussfaktoren zu bestimmen und den Grad ihres Einflusses zu ermitteln. Die Zusammensetzung der prokaryotischen Gemeinschaften in den verschiedenen Bodenproben wurden mit Hilfe phylogenetischer Marker, der 16S-rRNA Gene und der 16S-rRNA, analysiert. Die erhaltenen Amplikon-basierten Daten wurden dann prozessiert und die Indices für Artenvielfalt und Artenreichtum berechnet. Zusätzlich wurden Betadiversitätsanalysen durchgeführt, um Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft zwischen den verschiedenen Behandlungen sichtbar zu machen. Des Weiteren wurden die erhaltenen DGGE Profile für Clusteranalysen verwendet, um Ähnlichkeiten oder Unterschiede in der Struktur der Bakteriengemeinschaft zwischen den verschiedenen Behandlungen aufzuzeigen. Die vorliegende Arbeit gibt einen Einblick über den Einfluss der Baumarten, Baumartendiversität, des Laubes und des Probennahmezeitpunktes auf die Zusammensetzung und Diversität von Bakteriengemeinschaften in Böden. Die erhaltenen Daten zeigten, dass die Laubschicht der Haupteinflussfaktor auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft in der Rhizosphäre von jungen Buchen und Eschen ist. Des Weiteren zeigte sich, das verschiedene Baumarten, deren Diversität, sowie saisonale Unterschiede nur einen geringen Einfluss auf die Struktur der bakteriellen Gemeinschaft haben. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur nicht signifikant von Buchen- und Eschensetzlingen beeinflusst wird, vermutlich aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums der verwendeten Baumsetzlinge. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Buchensetzlinge das Wachstum von Bakterien inhibierten, während das Pilzwachstum gefördert wurde. Dies wurde vermutlich hervorgerufen durch eine Verschiebung des pH-Wertes im Boden verursacht durch buchenspezifische Wurzelausscheidungen. Morphologisch unterschiedliche Baumarten beeinflussen die Struktur und Diversität mikrobieller Gemeinschaften auf verschiedenen Wegen. Die Analyse der Bakterien- und Pilzgemeinschaften in natürlichen Waldböden unter erwachsenen Buchen und Fichten zeigte einen signifikanten Einfluss der untersuchten Baumarten auf deren Zusammensetzung. Es konnte ein Einfluss des pH-Werts auf die Bakterien- und Pilzvielfalt unter den analysierten Fichtenbeständen gezeigt werden. Des Weiteren wurden die Auswirkungen hoher NO3- Depositionen auf die CH4 und N2O Gasflüsse und die aktiven Bakterien- und Archeengemeinschaften in gemäßigten Laubwaldböden mit Hilfe von Mesokosmen untersucht. Es konnte ein starker Effekt der NO3- Düngung auf die CH4 Aufnahmeraten und N2O Emissionen des gedüngten Laubwaldbodens gezeigt werden. Die N-Düngung hemmte die CH4 Aufnahme des Bodens, während die N2O Emission stieg. Die Bakteriengemeinschaft in den gedüngten Mikrokosmen verschob sich im Verlauf des Versuches in Richtung einer denitrifizierenden Gemeinschaft, dominiert durch die Gattung Rhodanobacter. Darüber hinaus konnte eine Reduzierung der bakteriellen Vielfalt und der CO2 Emission innerhalb der N-gedüngten Mikrokosmen gezeigt werden. Des Weiteren sanken die CO2 Emissionsraten in beiden Behandlungen im Verlauf des Experiments. Dies deutet auf eine reduzierte Aktivität der vorhandenen Bodenmikroorganismen hin, möglicherweise hervorgerufen durch eine C Limitierung des verwendeten Waldbodens. Obwohl eine Verschiebung in der relativen Häufigkeit der auftretenden nitrifizierenden Archeen der Gattung Nitrosotalea nachgewiesen wurde, konnte eine signifikante Veränderung in der Zusammensetzung der gesamten Archeengemeinschaft nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigten jedoch einen erheblichen Beitrag methylotropher, methanotropher und nitrifizierender Bakterien, welche in geringer Zahl auftraten, in Bezug auf die gemessene CH4 Aufnahme. Des Weiteren wurden die Auswirkungen der Anwesenheit von Ameisen und ihrer Aktivitäten auf die Aktivität und Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden und Ameisennest untersucht. Ameisen transportierten den von Läusen gewonnenen Honigtau in den Boden und verursachten damit eine Abnahme der mikrobiellen Biomasse in der Streuschicht, während die δ15N-Signatur, die basale Atmung und die mikrobielle Biomasse im Boden erhöht wurden. Im Gegensatz dazu konnten mittels Cluster-Analyse der erstellten DGGE Profile keine deutlichen Unterschiede der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur in den untersuchten Mikrokosmen gezeigt werden. Im Gegensatz dazu beeinflusste die Nestbauaktivität und der Eintrag von organischen Substanzen in den Boden durch die Ameisen jedoch die Struktur der Bakteriengemeinschaften im Freiland. Die Cluster-Analyse der erhaltenen DGGE Profile zeigte Unterschiede in der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft in Abhängigkeit vom Probenentnahmeort und der Ameisenaktivität. Außerdem konnte gezeigt werden, dass sich die Struktur der Bakteriengemeinschaft in den Ameisennestern von der im Umgebungsboden unterschied. Ein sekundäres Projekt dieser Arbeit war die Erfassung und der Vergleich der mikrobiellen Gemeinschaften in biologischen Bodenkrusten zweier unterschiedlicher Standorte in extrazonalen, trockenen Bergsteppen der nördlichen Mongolei. Die Studie zeigte deutliche Unterschiede in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur der beiden Standorte, welche sich im Grad der Störung unterschieden.

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Agricultural management is essential for achieving optimum crop production and maintaining soil quality. Soil microorganisms are responsible for nutrient cycling and are an important consideration for effective soil management. The overall goal of the present research was to better understand microbial communities in agricultural soils as they relate to soil management practices. For this, we evaluated the differential impact of two contrasting drainage practices on microbial community composition and characterized active denitrifiers from selected agricultural sites. Field drainage is important for crop growth in arable soils. Controlled and uncontrolled tile drainage practices maintain water in the field or fully drain it, respectively. Because soil water content influences nutrient concentration, moisture, and oxygen availability, the effects of these two disparate practices on microbial community composition was compared in paired fields that had diverse land management histories. Libraries of the 16S rRNA gene were generated from DNA from 168 soil samples collected from eight fields during the 2012 growing season. Paired-end sequencing using next-generation sequencing was followed by read assembly and multivariate statistical analyses. Results showed that drainage practice exerted no measureable effect on the bacterial communities. However, bacterial communities were impacted by plant cultivar and applied fertilizer, in addition to sampled soil depth. Indicator species were only recovered for depth; plant cultivar or applied fertilizer type had no strong and specific indicator species. Among indicator species for soil depth (30-90 cm) were Chloroflexi (Anaerolineae), Betaproteobacteria (Janthinobacterium, Herminiimonas, Rhodoferax, Polaromonas), Deltaproteobacteria (Anaeromyxobacter, Geobacter), Alphaproteobacteria (Novosphingobium, Rhodobacter), and Actinobacteria (Promicromonospora). Denitrification in agricultural fields transforms nitrogen applied as fertilizer, reduces crop production, and emits N2O, which is a potent greenhouse gas. Agriculture is the highest anthropogenic source of N2O, which underlines the importance of understanding the microbiology of denitrification for reducing greenhouse gas emissions by altered management practices. Existing denitrifier probes and primers are biased due to their development based mostly on sequence information from cultured denitrifiers. To circumvent this limitation, this study investigated active and uncultivated denitrifiers from two agricultural sites in Ottawa, Ontario. Using DNA stable-isotope probing, we enriched nucleic acids from active soil denitrifiers by exposing intact replicate soil cores to NO3- and 13C6-glucose under anoxic conditions using flow-through reactors, with parallel native substrate controls. Spectrophotometric chemistry assays and gas chromatography confirmed active NO3- depletion and N2O production, respectively. Duplicate flow-through reactors were sacrificed after one and four week incubation periods to assess temporal changes due to food web dynamics. Soil DNA was extracted and processed by density gradient ultracentrifugation, followed by fractionation to separate DNA contributed by active denitrifiers (i.e., “heavy” DNA) from that of the background community (i.e., “light” DNA). Light and heavy DNA samples were analyzed by paired-end sequencing of 16S rRNA genes using next-generation sequencing. Multivariate statistics of assembled 16S rRNA genes confirmed unique taxonomic representation in heavy fractions from flow-through reactors fed 13C6-glucose, which exceeded any site-specific or temporal shifts in putative denitrifiers. Based on high relative abundance in heavy DNA, labelled taxa affiliated with the Betaproteobacteria (71%; Janthinobacterium, Acidovorax, Azoarcus, Dechloromonas), Alphaproteobacteria (8%; Rhizobium), Gammaproteobacteria (4%; Pseudomonas), and Actinobacteria (4%; Streptomycetaceae). Metagenomic DNA from the original soil and recovered heavy fractions were subjected to next-generation sequencing and the results demonstrated enrichment of denitrification genes with taxonomic affiliations to Brucella, Ralstonia, and Chromobacterium in heavy fractions of flow-through reactors fed 13C6-glucose. The vast majority of heavy-DNA-associated nitrite-reductase reads annotated to the copper-containing form (nirK), rather than the heme-containing enzyme (nirS). Analysis of recovered nirK genes demonstrated low sequence identity across common primer-binding sites used for the detection and quantification of soil denitrifiers, indicating that these active denitrifiers would not have been detected in molecular surveys of these same soils.