Klimawandel, Schneedecke und Mikrobielle Diversität in Gebirgsböden: kritische Vorgänge während der Schneeschmelze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In alpinen Gebieten sind Bodenmikroben stark von der jährlichen Schneedeckenbildung geprägt. Die größte mikrobielle Biomasse findet sich unter der isolierenden Schneedecke im Winter. Aufgrund der Erderwärmung wird die Schneebedeckung jedoch abnehmen, was die Wahrscheinlichkeit von gefrorenen Böden erhöht. Um ein besseres Verständnis der Frühjahresdynamik des Bodenmikrobioms und der Auswirkungen der Erderwärmung zu erlangen i) erhoben wir im Frühjahr zur Schneeschmelze und im Sommer insgesamt 158 Bodenproben entlang der Höhentransekte von drei Alpenbergen, erfassten die Vegetation und topografische, klimatische und edaphische Parameter; ii) simulierten wir experimentell die Auswirkungen der Klimaerwärmung durch Verringerung oder Verdichtung der Schneedecke und maßen die im Boden freigesetzten Treibhausgase. Mithilfe eines metatranskriptomischen Ansatzes haben wir die prokaryotische und eukaryotische Gemeinschaft erfasst und zusätzlich nach ihren Ernährungsweisen klassifiziert. Im Gegensatz zu Studien an Böden, die im Winter gefrieren, stellten wir bei Tauwetter, unmittelbar nach der Schneeschmelze, sowie vom Frühjahr bis zum Sommer eine Zunahme der mikrobiellen Biomasse fest, jedoch keine drastischen Veränderungen in der Zusammensetzung. Wir schließen daraus, dass fehlender Bodenfrost im Winter und die zunehmenden Mengen an gelöstem C ein kontinuierliches Wachstum der Bodenmikroben begünstigen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der isolierenden Wirkung der Schneedecke für die mikrobielle Dynamik im Frühjahr. Die detaillierte Untersuchung der Dynamik der Gemeinschaften vom Frühjahr bis Sommer ergab, dass (i) biotische Interaktionen mehr Variationen in den mikrobiellen Gemeinschaften erklärten als topografische und edaphische Faktoren, wobei dieser Effekt bei den Konsumenten stärker als bei den Beuteorganismen war sowie im Sommer stärker als im Frühjahr; (ii) eine saisonale Dynamik der biotischen Interaktionen: Der Fraßdruck auf die Beuteorganismen nahm vom Frühjahr bis zum Sommer zu, was zu einer erhöhten Vielfalt und Homogenität der Beuteorganismen führte. Wir konnten zeigen, dass die Konsumenten im alpinen Grasland eine wichtige Rolle zur Erhaltung der Bakterien- und Pilzgemeinschaft im Boden spielen, die für das Ökosystem unerlässlich sind. In unserem Schneemanipulationsversuch haben wir einen zunehmenden Anstieg der Treibhausgase (N2O, CO2 und CH4) während des Winters gemessen, wohingegen die O2-Werte der gefrorenen Böden mit geringer Schneebedeckung niedrig waren. Erst kurz vor und während der Schneeschmelze wurden die Messwerte der schneefreien Flächen vergleichbar mit den Werten der Kontrollflächen. Unsere Studie zeichnet sich durch den Einsatz von Metatranskriptomanalysen aus, die eine umfassende ökologische Erfassung des gesamten Bodenmikrobioms ermöglichen. Dadurch konnten wir die Einschränkungen herkömmlicher Amplikon-basierter Ansätze überwinden, was Vergleiche zwischen verschiedenen Domänen und Proben ermöglicht. Zudem haben wir mithilfe der Zuordnung ökologischer Merkmale wie den Ernährungsweisen unser grundlegendes Wissen über die Funktionsweise des Nahrungsnetzes im Boden erweitert. Unsere Studie leistet einen wesentlichen Beitrag zum grundlegenden Verständnis der mikrobiellen Dynamik im Boden von Frühjahr bis Sommer in alpinen Gebieten, insbesondere durch die Verdeutlichung der Rolle biotischer Interaktionen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Biogeochemical dynamics during snowmelt and in summer in the Alps. Biogeochemistry, 162(2), 257-266.
Rindt, Oscar; Rosinger, Christoph; Bonkowski, Michael; Rixen, Christian; Brüggemann, Nicolas; Urich, Tim & Fiore-Donno, Anna Maria
