Das Team untersucht Treibhausgasemissionen aus Appalachenströmen

Süßwasserökosysteme können erhebliche Quellen von Treibhausgasen in die Atmosphäre sein, aber es kann schwierig sein, herauszufinden, wie einzigartige Anordnungen und Verbindungen aquatischer Lebensräume den Kohlenstoffkreislauf auf verschiedenen Ebenen beeinflussen.

In Gebirgsbächen wird der Kohlenstoffkreislauf von vielen miteinander verwobenen Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise Niederschlag und die Produktivität des umgebenden Waldes. Ein Forscherteam von Virginia Tech untersuchte die Treibhausgasemissionen von Süßwasser in den Bergen von North Carolina, um besser zu verstehen, wie sich Kohlenstoff durch verbundene Flüsse und Feuchtgebiete bewegt.

Kristen Bretz, Ph.D. Kandidat, und Erin Hotchkiss, Assistenzprofessorin für Biowissenschaften am Virginia Tech College of Science, arbeitete kürzlich mit drei Studenten, die inzwischen ihren Abschluss gemacht haben, an einer zweijährigen Studie am US Forest Service Coweeta Hydrologic Laboratory.

Sie fanden heraus, dass die Treibhausgasemissionen von Bächen und Feuchtgebieten bei Coweeta sehr unterschiedlich sein können, dass jedoch das Vorhandensein eines Frühlingsbeckens oder eines kleinen temporären Süßwasser-Feuchtgebiets in einem Flusskorridor die Gesamtemissionen erhöhen könnte.

„Dieses Projekt war eine großartige Gelegenheit, mehrere wunderbare Forschungsbemühungen im Grundstudium in die lange Tradition der Bachforschung an der Virginia Tech am Coweeta Hydrologic Laboratory einzufügen“, sagte Bretz.

Bretz und Hotchkiss, die beide Mitglieder des Global Change Center sind, einem Zweig des Fralin Life Sciences Institute, veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Journal of Geophysical Research: Biogeowissenschaften.

„Das Coolste an diesem Papier ist, dass es zeigt, wie komplex Kohlenstoffemissionen im kleinen Maßstab sind – sogar innerhalb eines einzelnen Beckens wie Coweeta. Das Heranzoomen einer Landschaft kann das Bild verkomplizieren, aber wir konnten eine interessante Verbindung zwischen temporären Becken finden und Stromemissionen von zwei Treibhausgasen: Kohlendioxid und Methan“, sagte Bretz.

Wenn sich Wasserpakete durch eine Wasserscheide bewegen, nehmen sie terrestrische Materialien auf und fließen entlang von Pfaden in der Landschaft, die durch Erosion entstanden sind. Die biologischen Prozesse, die im Wasser ablaufen, das in und durch Bäche fließt, werden sowohl von den Bodeneigenschaften als auch von der Anordnung der Landschaftselemente oder Flecken in und in der Nähe des Kanals beeinflusst.

Die Flecken in dieser Studie umfassten temporäre (Frühlings-) Tümpel, Hanghänge entlang der Bäche, Oberflächengewässer von Bächen und trockene Bachbetten, wo das Wasser unterirdisch fließt.

Die aufregenden Ergebnisse dieses Forschungsprojekts wären ohne die Hilfe von drei engagierten Studenten im Grundstudium nicht möglich gewesen: Alexis Jackson, Jonathon Monroe und Sumaiya Rahman. Die drei frischgebackenen Absolventen des Department of Biological Sciences erhielten während ihrer Zeit an der Virginia Tech zahlreiche Auszeichnungen für herausragende Forschungsleistungen.

In den Jahren 2019 und 2020 erhielten Monroe und Jackson Undergraduate Research Grant Awards vom Global Change Center der Virginia Tech. Jackson und Rahman führten ihre Forschungen durch, die zu diesem Papier beitrugen, während sie als Stipendiaten der National Science Foundation Research Experience for Undergraduates arbeiteten.

„Ihre Beiträge ermöglichten es uns, über den für die meisten Forschungen auf unserem Gebiet typischen Ansatz eines einzelnen Ökosystems hinauszugehen“, sagte Hotchkiss.

Inspiriert von ihrer Arbeit im Hotchkiss-Labor trat Jackson kürzlich als Graduate Research Fellow der National Science Foundation in das Ph.D-Programm für Umweltingenieurwesen der University of Florida ein.

„Das Hotchkiss-Labor war der Grundstein für meine Liebe zur Feldarbeit und mein Interesse an Biogeochemie in Feuchtgebieten. Von solch qualifizierten, unterstützenden und innovativen Frauen und Männern betreut und umgeben zu sein, hat mein Leben entscheidend verändert und meine Berufswahl direkt beeinflusst ein Feuchtgebietsökologe“, sagte Jackson.

Monroe, jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter der Vaccine Research Group der Mayo Clinic, lässt seine Zeit im Labor Revue passieren. „Meine Zeit im Hotchkiss-Labor war unglaublich wichtig für meine Entscheidung, eine Karriere in der Forschung einzuschlagen“, sagte Monroe.

An der Virginia Tech werden Bretz und Hotchkiss weiterhin auf kreative Weise Wissenslücken über die Wasserqualität und Biologie von Flüssen schließen, die angesichts des Klimawandels sowohl lokale als auch globale Auswirkungen haben werden.

„Unsere Arbeit bietet eine einzigartige Perspektive darauf, wie das Vorhandensein und die Anordnung verschiedener Ökosysteme innerhalb einer Landschaft die Quellen und Emissionen von Kohlenstoffgasen aus Gebirgsflusskorridoren kontrollieren“, sagte Hotchkiss.

Die Studie in Coweeta bildet die Grundlage für laufende Forschungen unter der Leitung von Bretz darüber, wie sich der Kohlenstoffkreislauf ändert, wenn Bäche austrocknen und wieder vernässen, und was dies für die Wasserqualität und die Nahrungsnetze stromabwärts bedeutet.

Da erwartet wird, dass der Klimawandel längere Dürreperioden und intensivere Stürme verursachen wird, „werden Arbeiten zur Charakterisierung der Variabilität in Süßwasserökosystemen entscheidende Informationen über die Folgen dieser Veränderungen auf den Kohlenstoffkreislauf und die Wasserqualität im Süßwasser liefern“, sagte Hotchkiss.