Vulnerabilität von Kohlenstoff in Cryosols - Substrat-Mikroorganismen-Aggregat Interaktionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das bilaterale Projekt CryoVulcan beschäftigte sich mit den Folgen des auftauenden Permafrostes und dessen Auswirkungen auf Stabilität und mikrobiellen Umsatz der organischen Bodensubstanz (OBS) bei unterschiedlichen bodenhydrologischen Bedingungen. Ganzjähriges Monitoring des Redoxpotentials im Boden wurde begleitet von physiko-chemischen Analysen, Stabilisotopenexperimente, sowie mikrobiologischen Analysen auf DNA-, RNA-, und Metatranskriptom-Ebene. Der Vorrat an organischem Kohlenstoff (OC) war in Bodenprofilen der degradierten Standorte 60-75% niedriger, unabhängig vom Vernässungsgrad der Böden. Prozesse wie anaerobe Hemmung des mikrobiellen Abbaus oder Bildung hoch reaktiver pedogener Mineralphasen und ausgeprägte Aggregierung scheinen nur einen geringen Teil der ehemals im Permafrost gespeicherten OBS langfristig zu stabilisieren. Verluste an OC wurden v.a. in den Unterböden nachgewiesen, während Oberböden offenbar aufgrund vermehrten Eintrags von Pflanzenstreu keine nennenswerten Verluste aufwiesen. Die hydromorphen Unterböden zeigten höhere Redoxpotenziale als angenommen und waren wie die trockeneren Unterböden gut durchwurzelt. Laborexperimente belegten einen beschleunigten Abbau komplexer organischer Verbindungen durch Wurzelexsudate, wobei in den degradierten Standorten unabhängig vom hydrologischen Regime von höherer Wurzelexsudation auszugehen ist. In-situ Inkubationsexperimente mit 13C-markierter Streu im Boden weisen darüber hinaus auf eine hohe Verlagerbarkeit organischer Substanz. Insgesamt zeigen die Ergebnisse des Cryo-Vulcan Projektes, dass in degradierenden Permafrostböden die Wirkung alternativer Stabilisierungsmechanismen begrenzt ist und OBS mobilisiert wird, v.a. über Mineralisation, teils aber auch über Verlagerung in gelöster Form. Weitere Forschung sollte Translokation und Transformation von OBS in ganzen degradierenden Permafrost-Bodenlandschaften, insbesondere an der Grenzfläche zur Hydrosphäre, näher beleuchten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fungi in Permafrost-Affected Soils of the Canadian Arctic: Horizon- and Site-Specific Keystone Taxa Revealed by Co-Occurrence Network. Microorganisms, 9(9), 1943.
Varsadiya, Milan; Urich, Tim; Hugelius, Gustaf & Bárta, Jiří
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Microbiome structure and functional potential in permafrost soils of the Western Canadian Arctic. FEMS Microbiology Ecology, 97(3).
Varsadiya, Milan; Urich, Tim; Hugelius, Gustaf & Bárta, Jiří
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Buried but not dead: Microbiomes of Arctic Cryosols. Oral presentation at the Ecology of Soil Microorganisms Conference 2022, Prague, Czech Republic.
Bárta, J.
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Extracellular enzyme ratios reveal locality and horizon-specific carbon, nitrogen, and phosphorus limitations in Arctic permafrost soils. Biogeochemistry, 161(2), 101-117.
Varsadiya, Milan; Liebmann, Patrick; Petters, Sebastian; Hugelius, Gustaf; Urich, Tim; Guggenberger, Georg & Bárta, Jiří
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Extracellular enzyme ratios reveal locality and horizon-specific carbon, nitrogen, and phosphorus limitations in Arctic permafrost soils. Poster contribution, Ecology of Soil Microorganisms Conference 2022, Prague, Czech Republic.
Varsadiya, M., Liebmann, P., Petters, S., Hugelius, G., Urich, T., Guggenberger, G. & Bárta, J.
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Isolation and identification of EPS producing bacteria from the permafrost degraded soil of Fairbanks, Alaska. Poster contribution, Ecology of Soil Microorganisms Conf. 2022, Prague, Czech Republic.
Waqas, M. & Bárta, J.
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Microbiome assembly in thawing permafrost and its feedbacks to climate. Global Change Biology, 28(17), 5007-5026.
Ernakovich, Jessica G.; Barbato, Robyn A.; Rich, Virginia I.; Schädel, Christina; Hewitt, Rebecca E.; Doherty, Stacey J.; Whalen, Emily D.; Abbott, Benjamin W.; Barta, Jiri; Biasi, Christina; Chabot, Chris L.; Hultman, Jenni; Knoblauch, Christian; Vetter, Maggie C. Y. Lau; Leewis, Mary‐Cathrine; Liebner, Susanne; Mackelprang, Rachel; Onstott, Tullis C.; Richter, Andreas ... & Winkel, Matthias
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Changes in SOC storage under wet and dry conditions following permafrost thaw in Interior Alaska. Poster contribution to the German Soil Science Society Conference 2023, Halle (Salle), Germany.
Liebmann, P., Vogel, C., Bárta, J., Urich, T., Mewes, O., Kholodov, A. & Guggenberger, G.
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Density fractionation reworked: Reduce material and costs. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 186(4), 383-386.
Liebmann, Patrick; Mewes, Ole & Guggenberger, Georg
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Extracellular polymeric substances in soil – Possible functions and ways to study. Oral presentation at the MicroSoil 2023, Feedback between Soil Microstructures/the Microhabitat and Soil Biota, Deux Sévres, France
Vogel, C.
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Census of below-ground biota associated with permafrost affected soils of western Greenland, with a focus on trophic structure. European Journal of Soil Biology, 121, 103623.
Petters, Sebastian; Varsadiya, Milan; Liebmann, Patrick; Schnecker, Jörg; Guggenberger, Georg; Bárta, Jiří & Urich, Tim
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Different hydrological conditions after permafrost thaw result in distinct microbial community compositions. openRxiv.
Waqas, Muhammad; Liebmann, Patrick; Vogel, Cordula; Varsadiya, Milan; Wang, Haitao; Shibistova, Olga; Novák, Milan; Urich, Tim; Guggenberger, Georg & Bárta, Jiří
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Extracellular polymeric substances in soil - Possibilities to improve our understanding. Oral Presentation at INRA, Paris, France
Vogel, C.
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Permafrost degradation and its consequences for carbon storage in soils of Interior Alaska. Biogeochemistry, 167(3), 199-223.
Liebmann, Patrick; Bárta, Jiří; Vogel, Cordula; Urich, Tim; Kholodov, Alexander; Varsadiya, Milan; Mewes, Ole; Dultz, Stefan; Waqas, Muhammad; Wang, Haitao; Shibistova, Olga & Guggenberger, Georg
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Stick together: Isolation and characterization of exopolysaccharide producing bacteria from degraded permafrost soils. openRxiv.
Waqas, Muhammad; Zelenková, Simona; Vogel, Cordula; Rühmann, Broder; Varsadiya, Milan; Liebmann, Patrick; Wang, Haitao; Shibistova, Olga; Urich, Tim; Guggenberger, Georg & Bárta, Jiří
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The methane-cycling microbiome in intact and degraded permafrost soils of the pan-Arctic. openRxiv.
Wang, Haitao; Lindemann, Erik; Liebmann, Patrick; Varsadiya, Milan; Svenning, Mette Marianne; Waqas, Muhammad; Petters, Sebastian; Richter, Andreas; Guggenberger, Georg; Barta, Jiri & Urich, Tim
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Long-term soil redox dynamics of intact and degraded permafrost in Interior Alaska. Copernicus GmbH.
Liebmann, Patrick; Vogel, Cordula; Barta, Jiri; Urich, Tim; Kholodov, Alexander; Varsadiya, Milan; Waqas, Muhammad; Wang, Haitao; Donnerhack, Oliver; Shibistova, Olga; Wessel-Bothe, Stefan; Mansfeldt, Tim & Guggenberger, Georg
