Welche Rolle spielen Wurzel-Boden Interaktionen für Treibhausgasdynamiken in tauenden Permafrostböden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler; Professorin E. Marie Muehe, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465839667

Ungefähr ein Drittel des gesamten Bodenoberflächenkohlenstoffs auf der Erde ist in Permafrostböden eingeschlossen. Auftauende Permafrostböden sind als bedeutende Quelle der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas erkannt worden. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts wird für die arktischen Permafrosttorfgebiete eine Erwärmung von unter 2°C auf jährlich durchschnittlich 5,6 bis 12,4°C vorhergesagt, was zu einem erheblichen Auftauen des Permafrosts und einer anschließenden Mobilisierung von organischem Kohlenstoff und Stickstoff führt. Daher wird der mikrobielle Umsatz von neu mobilisiertem organischem Material eine unvorhersehbare Menge an produzierten Treibhausgasen widerspiegeln. Neben der mikrobiellen Produktion von Treibhausgasen in Permafrosttundren muss auch die anschließende Freisetzung der produzierten Treibhausgase aus dem Boden in die Atmosphäre berücksichtigt werden. Permafrosttundren werden erfolgreich von verschiedenen Pflanzen besiedelt, deren Wurzeln während des saisonalen Auftauens durch den Boden wachsen. Die physikalische Wirkung wachsender Wurzeln mit unterschiedlicher Morphologie, einschließlich Lufteinschluss in wurzelnahen Lufttaschen, und ihre unzähligen Möglichkeiten des Zusammenspiels mit der abiotischen und mikrobiellen Bodenumgebung verändern zahlreiche biogeochemische und physikalische Bodenprozesse. Zum Beispiel kann die Freisetzung von organischem Kohlenstoff in Form von Wurzelexsudaten die mikrobielle Produktion von Treibhausgasen anregen. Radialer Sauerstoffverlust von Wurzeln in überschwemmten Böden führt zur Bildung von Eisenmineralbelägen um Wurzeln. Solche Beläge sind hochreaktive Grenzflächen zwischen Wurzel und Boden und beherbergen eine Vielzahl ökologischer Nischen für mikrobielle Gemeinschaften, die den Treibhausgaszyklus treiben. Welche Rolle das Wurzel-Boden-System für die Produktion, den Verbrauch, den Transport und die Freisetzung von Treibhausgasen aus Permafrosttundren spielt, ist Gegenstand dieses Antrags. Wir werden einzigartige Unterschiede in der Wurzelarchitektur, der Exsudation von organischem Kohlenstoff und der Bildung von Wurzelbelägen von Graminoid- und Strauchpflanzen mit einer sich ändernden mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und gekoppeltem Treibhausgaszyklus aufzeigen. Zu diesem Zweck werden wir Feldstudien mit Laborexperimenten verknüpfen. Rhizosphären von Graminoiden und Sträuchern werden während einer gesamten Auftausaison visuell überwacht, indem Beobachtungsfenster entlang eines Permafrost-Tau-Gradienten platziert werden. Die mikrobielle Zusammensetzung, Aktivität und Funktion wird in Abhängigkeit von der Wurzelarchitektur, der Art des ausgeschiedenen organischen Kohlenstoffs und der Bildung von Wurzeleisenmineralen untersucht und mit dem lokalen Treibhausgaszyklus und der Gesamttreibhausgasemission korrelliert. Insgesamt wird in diesem Antrag die Nutzung des Wurzel-Boden-Systems zur Reduzierung/Kontrolle der Emission von Treibhausgasen aus Permafrostböden untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen