Ein unterschätzter Akteur bei der Kohlenstoffspeicherung sollte in globale Veränderungsmodelle einbezogen werden, so der Forscher. Erhöhte Konzentrationen von atmosphärischem Kohlendioxid beschleunigen den Kohlenstoffkreislauf und den Kohlenstoffverlust im Boden in Wäldern. Dies ergab eine neue Untersuchung, die von einem Biologen der Indiana University durchgeführt wurde.
Die neuen Erkenntnisse stützen die aufkommende Ansicht, dass Wälder zwar einen erheblichen Teil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre entfernen, der Kohlenstoff jedoch überwiegend in lebender Holzbiomasse und nicht als tote organische Substanz in Böden gespeichert wird.
Richard P. Phillips, Hauptautor der Arbeit und Assistenzprofessor für Biologie am IU College of Arts and Sciences, sagte, dass nach fast zwei Jahrzehnten Forschung über die Reaktionen der Waldökosysteme auf den globalen Wandel ein Teil der Unsicherheit darüber beseitigt wurde, wie wälder speichern kohlenstoff infolge des ansteigenden kohlendioxidgehalts.
Weiße und gelbe Pilzmyzelstränge leben symbiotisch und tauschen Kohlenstoff und Nährstoffe mit den bräunlichen Loblolly-Kiefernwurzeln aus. Bäume versorgen Pilze mit energiespendenden Kohlenhydraten, während Pilze die Kiefer mit Nährstoffen versorgen.
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„Es wurde vermutet, dass Bäume, wenn sie mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen, mehr Kohlenstoff an Wurzeln und Pilze abgeben, um Nährstoffe zu gewinnen. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass sich aufgrund der Zersetzung von Wurzeln und Pilzen nur wenig Kohlenstoff im Boden ansammelt Auch der Abrieb nimmt zu “, sagte er.
In Böden gespeicherter Kohlenstoff ist im Gegensatz zum Holz von Bäumen aus Bewirtschaftungsgründen wünschenswert, da die Böden im Laufe der Zeit stabiler sind, so dass Kohlenstoff für Hunderte bis Tausende von Jahren zurückgehalten werden kann und nicht zu einem Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids beiträgt.
Die Forschung wurde am Standort für die Anreicherung von Kohlendioxid in der freien Luft des Herzogswaldes in North Carolina durchgeführt. An diesem Standort waren ausgewachsene Loblolly-Kiefern 14 Jahre lang einem erhöhten Kohlendioxidgehalt ausgesetzt, was es zu einem der weltweit am längsten andauernden Experimente zur Anreicherung von Kohlendioxid macht. Die Forscher konnten das Alter des Kohlenstoffkreislaufs durch den Boden berechnen, indem Wurzeln und Pilze in Netzbeuteln gezüchtet wurden, die eindeutig gekennzeichnete Böden enthielten. Die Böden wurden dann auf ihre organische Zusammensetzung untersucht.
Die Autoren berichten auch, dass Stickstoff in diesem Wald schneller zirkuliert, da der Nährstoffbedarf von Bäumen und Mikroben unter erhöhtem CO2 zunimmt.
"Das Wachstum von Bäumen wird durch die Verfügbarkeit von Stickstoff an diesem Standort begrenzt. Daher ist es sinnvoll, dass Bäume den unter erhöhtem CO2 aufgenommenen" zusätzlichen "Kohlenstoff verwenden, um Mikroben für die Freisetzung von in organischen Stoffen gebundenem Stickstoff vorzubereiten", sagte Phillips. "Was überrascht, ist, dass die Bäume einen Großteil ihres Stickstoffs durch die Zersetzung von Wurzel- und Pilzresten abzubauen scheinen, die weniger als ein Jahr alt sind."
Die zweifache Wirkung der mikrobiellen Grundierung, bei der die Mikroben durch einen Anstieg von neuem Kohlenstoff und anderen Energiequellen dazu angeregt werden, alte organische Bodensubstanzen zu zersetzen, und der schnellere Umsatz von kürzlich fixiertem Wurzel- und Pilzkohlenstoff reichen aus, um den raschen Kohlenstoff und zu erklären Stickstoffkreislauf, der am Standort Duke Forest FACE stattfindet.
"Wir nennen es die RAMP-Hypothese - Rhizo-Accelerated Mineralization and Priming - und sie besagt, dass wurzelbedingte Veränderungen der mikrobiellen Prozessierungsraten von Kohlenstoff und Stickstoff die wichtigsten Mediatoren für langfristige Reaktionen des Ökosystems auf globale Veränderungen sind", fügte Phillips hinzu.
„Die meisten Ökosystemmodelle haben nur eine begrenzte Darstellung der Wurzeln, und keines von ihnen beinhaltet Prozesse wie das Priming. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Bodenmikroben eine unterbewertete Rolle bei der Bestimmung der Kohlenstoffspeichermenge und der Geschwindigkeit des Stickstoffkreislaufs spielen. Die Einbeziehung dieser Prozesse in Modelle sollte daher zu verbesserten Prognosen der langfristigen Kohlenstoffspeicherung in Wäldern als Reaktion auf globale Umweltveränderungen führen “, sagte er.
Die Forschung wurde am Standort für die Kohlendioxidanreicherung in der freien Luft des Herzogswaldes in North Carolina durchgeführt, wo reife Loblolly-Kiefern 14 Jahre lang einem erhöhten Kohlendioxidgehalt ausgesetzt waren, was es zu einem der am längsten laufenden Kohlendioxidanreicherungsexperimente der Welt machte .
Bildnachweis: Will Owens
"Wurzeln und Pilze beschleunigen den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf in Wäldern, die einem erhöhten CO2-Ausstoß ausgesetzt sind" - von Phillips; IU und Universität Göttingen (Deutschland) Habilitandin Ina C. Meier; Emily S. Bernhardt von der Duke University, A. Stuart Grandy und Kyle Wickings von der University of New Hampshire; und Adrien C. Finzi von der Boston University - wurde am 9. Juli in der Online-Vorabversion von Ecology Letters veröffentlicht. Freier Zugang zum Forschungsartikel ist bis Oktober möglich.
Die Finanzierung dieser Arbeit erfolgte durch das US-Landwirtschaftsministerium und das US-Energieministerium. Phillips und sein Forschungsteam erhielten im März ein Stipendium der National Science Foundation in Höhe von 398.000 USD, um das Testen der RAMP-Hypothese in gemischten Hartholzwäldern von Indiana zu finanzieren.
Neuauflage mit freundlicher Genehmigung der Indiana University.