Vulnerabilität von Kohlenstoff in Cryosols - Substrat-Mikroorganismen-Aggregat Interaktionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Georg Guggenberger; Professor Dr. Tim Urich; Dr. Cordula Vogel
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431968700

Das Auftauen der Permafrostböden gilt als wichtigster natürlicher Prozess, der zur Freisetzung von Kohlenstoff (C) aus terrestrischen Ökosystemen in die Atmosphäre führt und somit zu einer positiven Rückkopplung im Klimawandel beiträgt. Obwohl bereits Vorhersagen zur C-Freisetzung getätigt wurden, sind bisher wesentliche Prozesse in der Bodenentwicklung nach dem Auftauen von Permafrost nicht berücksichtigt. Abhängig vom Eisgehalt und der Dränage kann Permafrostdegradation zu feuchteren oder trockeneren Bedingungen führen. Basierend auf einem konzeptionellen Rahmen für die Permafrostdegradation unter trockenen und feuchten Bedingungen zielt CRYOVULCAN auf die vergleichende Analyse der Abbau- und Stabilisierungsprozessen von OM bei diesen beiden Szenarien. Unsere Haupthypothese ist, dass chemische und biologische Attenuationsprozesse die durch Permafrost-Degradation verursachten Verluste an organischem Kohlenstoff (OC) teilweise kompensieren werden. Unter (1) einem trockenen, oxischen ("verrosteten") Szenario wird angenommen, dass chemische und biologische Stabilisierungsprozesse ausgeprägter sind und zur Stabilisierung von OM durch Aggregierung und Bildung von Mineral-organischen Assoziationen führt. Unter (2) einem nassen, anoxischen ("blassen") Szenario führt niedriger Sauerstoffgehalt zu einer Verringerung des mikrobiellen Abbaus insbesondere von Lignin aufgrund von weniger effizienten Laccasen und Peroxidasen der anaeroben Mikroorganismen. Wir haben ein tschechisch-deutsches Konsortium mit komplementärer Expertise in Bodenkunde, Bodenmikrobiologie und Metagenomik zusammengestellt, welches die herausfordernde Fragestellung durch eine einzigartige Kombination von Feld- und Laborexperimenten angehen wird. Im Feldversuch zielen wir auf einem Vergleich intakter Permafrostböden mit degradierten Böden unter den zwei unterschiedlichen Szenarien. Mit Hilfe modernster molekularer, Biomarker- und spektroskopischer Techniken werden die Reaktion der mikrobiellen Gemeinschaft, inkl. der extrazellulären Enzyme und der Metatranskriptome, auf die unterschiedlichen Bodenbedingungen und die jeweiligen Stabilisierungsprozesse von OM in den Böden untersucht. Ein in-situ 13C-Markierungsexperiment wird abhängig von den Umweltbedingungen im Boden weiter über die mikrobielle Nutzung und den Verbleib von frischem C-Substrat informieren. Schließlich werden in spezifischen Inkubationsversuchen die Auswirkungen von Einfrier-Auftau-Zyklen auf den OM-Abbau, von Wurzelexsudaten auf Bildung Mineral-organischer Komplexe im Trockenszenario sowie das Lignin-Abbaupotential im Nassszenario ermittelt. CRYOVULCAN wird somit zum dringend benötigten Wissen über die Auswirkungen des hydrologischen Regimes auf die OM-Stabilisierung in degradierten Permafrostböden beitragen, das die Magnitude der Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre in einer wärmeren Welt steuern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Jiri Barta, Ph.D.; Professorin Dr.-Ing. Hana Santruckova