Der Einfluss nicht-vaskulärer Vegetation auf globale biogeochemische Stoffkreisläufe von der Erdvergangenheit bis in die Zukunft
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nicht-vaskuläre Vegetation (im Folgenden: NVV), bestehend aus Moosen, Flechten, Algen und Cyanobakterien, hat potentiell starke Effekte auf globale biogeochemische Kreisläufe, von der Erdvergangenheit bis heute. In diesem Projekt wollten wir dazu quantitative Schätzungen auf Grundlage eines mechanistischen, prozessbasierten Modells namens LiBry liefern. Wir haben uns dabei auf drei Aspekte konzentriert: 1) die mögliche Reaktion von NVV auf den Klimawandel und Folgen für ihre Ökosystemfunktionen 2) das mögliche Ausmaß der Nährstoffbeschränkung des Wachstums von NVV unter erhöhtem CO2, 3) die Auswirkungen von NVV auf globale Verwitterungsraten und Klima in der frühen Erdgeschichte. Das LiBry- Modell wurde auf Grundlage von Feld- und Laborexperimenten unter unterschiedlichen Umweltbedingungen evaluiert. Dabei wurde funktionelle Diversität von NVV sowohl im Experiment als auch im Modell berücksichtigt, um die Auswirkungen veränderten Klimas auf die Zusammensetzung der entstehenden Gemeinschaft und die damit zusammenhängenden biogeochemischen Prozesse vorhersagen zu können. Wir fanden heraus, dass NVV eine Korrelation zwischen Photosynthesekapazität und Atmungskosten zeigt, welche durch den Nährstoffgehalt der Biomasse vermittelt wird, ähnlich wie bei Gefäßpflanzen. Darüber hinaus beobachteten wir weitere Beziehungen der Atmungskosten zu anderen physiologischen Merkmalen, wie zum Beispiel der CO2-Diffusivität. Diese Arbeit wird als Grundlage für ein verbessertes mechanistisches Modell der autotrophen Atmung und der Nährstoffbeziehungen von NVV dienen. Darüber hinaus haben wir das LiBry-Modell angewendet, um Stickstoffspurengasemissionen von NVV in Trockengebieten auf globaler Ebene abzuschätzen, und dabei erhebliche Mengen gefunden, die darauf hindeuten, dass diese Flüsse für die NVV-Nährstoffhaushalte wichtig sein könnten. Wir haben einen unerwartet starken Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Reaktion von NVV auf Erwärmung in Trockengebieten festgestellt und gefunden, dass in Baumrinde gespeichertes Wasser für das Wachstum und die Gemeinschaftszusammensetzung von epiphytischer NVV relevant sein könnte. Auf einer allgemeineren Ebene haben wir das aktuelle Wissen über mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf NVV und die damit verbundenen Ökosystemfunktionen zusammengefasst, und auf dieser Grundlage eine Forschungsagenda für ein besseres Verständnis entwickelt, mit mehreren Schlüsselthemen wie Akklimatisierung, CO2-Düngung, oder Rückkopplungen zum Klima. Im Hinblick auf die Rolle der Vegetation für das Erdklima in der geologischen Vergangenheit haben wir auf der Grundlage von Simulationen einen großen potenziellen Einfluss der Wurzelentwicklung in Bärlapppflanzen, den frühesten Gefäßpflanzen, auf die globalen Verwitterungsraten und damit auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre festgestellt, für rezente Bärlapppflanzen. Darüber hinaus haben wir auf der Grundlage eines vereinfachten allgemeinen Vegetationsmodells zwei „Zeitfenster“ für die Ausbreitung und Diversifizierung von Landpflanzen während des Phanerozoikums als Ergebnis geeigneter klimatischer Bedingungen identifiziert. Während wir mehrere Schlüsselmechanismen und -faktoren im Zusammenhang mit NVV und deren Reaktion auf vergangene und zukünftige Klimaveränderungen identifiziert haben, sind noch weitere Arbeiten erforderlich, um zentrale Aspekte der NVV-Klima-Beziehungen besser einzugrenzen, wie beispielsweise erweiterte CO2-Düngungsexperimente und ein Vergleich zwischen Paläozoikum und Proterozoikum im Hinblick auf Vegetations- Klima-Rückkopplungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Global NO and HONO emissions of biological soil crusts estimated by a process-based non-vascular vegetation model. Biogeosciences, 16(9), 2003-2031.
Porada, Philipp; Tamm, Alexandra; Raggio, Jose; Cheng, Yafang; Kleidon, Axel; Pöschl, Ulrich & Weber, Bettina
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Relative humidity predominantly determines long‐term biocrust‐forming lichen cover in drylands under climate change. Journal of Ecology, 109(3), 1370-1385.
Baldauf, Selina; Porada, Philipp; Raggio, José; Maestre, Fernando T. & Tietjen, Britta
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Bark Water Storage Plays Key Role for Growth of Mediterranean Epiphytic Lichens. Frontiers in Forests and Global Change, 4.
Porada, Philipp & Giordani, Paolo
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A dynamic local-scale vegetation model for lycopsids (LYCOm v1.0). Geoscientific Model Development, 15(5), 2325-2343.
Halder, Suman; Arens, Susanne K. M.; Jensen, Kai; Dahl, Tais W. & Porada, Philipp
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A research agenda for nonvascular photoautotrophs under climate change. New Phytologist, 237(5), 1495-1504.
Porada, Philipp; Bader, Maaike Y.; Berdugo, Monica B.; Colesie, Claudia; Ellis, Christopher J.; Giordani, Paolo; Herzschuh, Ulrike; Ma, Yunyao; Launiainen, Samuli; Nascimbene, Juri; Petersen, Imke; Raggio, Quílez José; Rodríguez‐Caballero, Emilio; Rousk, Kathrin; Sancho, Leopoldo G.; Scheidegger, Christoph; Seitz, Steffen; Van Stan John, T.; Veste, Maik ... & Weston, David J.
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Climate windows of opportunity for plant expansion during the Phanerozoic. Nature Communications, 13(1).
Gurung, Khushboo; Field, Katie J.; Batterman, Sarah A.; Goddéris, Yves; Donnadieu, Yannick; Porada, Philipp; Taylor, Lyla L. & Mills, Benjamin J. W.
