Mikroorganismen sind der Schlüssel zur Speicherung von Kohlenstoff im Boden, zeigt eine neue Studie

Laut einer kürzlich veröffentlichten Studie in NaturMikroorganismen spielen eine Schlüsselrolle bei der Kohlenstoffspeicherung im Boden. Die Studie, die von einem internationalen Wissenschaftlerteam, darunter Forscher des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena, durchgeführt wurde, zeigt, dass die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung mindestens viermal größeren Einfluss auf die globale Kohlenstoffspeicherung im Boden hat als andere biologische oder Umweltfaktoren Verteilung. Das Ergebnis der Studie hat Auswirkungen auf die Verbesserung der Bodengesundheit und die Eindämmung des Klimawandels.

Böden dienen als entscheidende Kohlenstoffsenken im Kampf gegen den Klimawandel und speichern mehr Kohlenstoff als jedes andere terrestrische Ökosystem und dreimal mehr als die Atmosphäre. Allerdings sind die Prozesse, die bei der Kohlenstoffspeicherung im Boden ablaufen, noch nicht vollständig verstanden. Während Mikroorganismen seit langem als wichtige Mitwirkende an der Anreicherung und dem Verlust von organischem Kohlenstoff (SOC) im Boden anerkannt sind, sind die spezifischen Beiträge verschiedener biologischer und umweltbedingter Prozesse weitgehend unbekannt geblieben.

Die Studie mit dem Titel „Microbial Carbon Use Efficiency Promotes Global Soil Carbon Storage“ wurde am 24. Mai in veröffentlicht Naturverwendeten einen neuartigen Ansatz zur Quantifizierung der Prozesse, die die Kohlenstoffdynamik im Boden bestimmen. Das internationale Forschungsteam untersuchte umfassend den Zusammenhang zwischen der Effizienz der Kohlenstoffnutzung, der Erhaltung des SOC und verschiedenen Faktoren wie Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften. Die Studie stellt die erste erfolgreiche Integration globaler Datensätze, eines expliziten Modells für mikrobielle Prozesse, Datenassimilation, Deep Learning und Metaanalyse zur Untersuchung dieser Beziehung dar.

Die mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE) misst den Anteil des Kohlenstoffs, der von Mikroben für das Wachstum im Vergleich zum Stoffwechsel verwendet wird. Wenn Kohlenstoff für das mikrobielle Wachstum verwendet wird, wird er in mikrobielle Zellen eingebaut, was seine Speicherung im Boden unterstützt. Wenn Kohlenstoff hingegen für den Stoffwechsel genutzt wird, wird er als Kohlendioxid in die Luft abgegeben und wirkt dort als Treibhausgas. Die Studie betont, dass das mikrobielle Wachstum für die Bestimmung der im Boden gespeicherten Kohlenstoffmenge wichtiger ist als der Stoffwechsel.

„Wir haben herausgefunden, dass die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung der wichtigste Faktor bei der Kohlenstoffspeicherung im Boden ist“, sagt Feng Tao, der Erstautor der Studie und kürzlich Gastdoktorand. Student am Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena, unter der Leitung der Abteilung von Prof. Markus Reichstein.

Während die Kohlenstoffdynamik im Boden schon seit vielen Jahren untersucht wird, konzentrierte sich die bisherige Forschung vor allem auf einzelne Prozesse, wie den Eintrag von Kohlenstoff aus Laubstreu und Wurzeln oder die Freisetzung von Kohlendioxid in die Luft beim Abbau organischer Stoffe. „Die Studie zeigt die Bedeutung mikrobieller Merkmale für Kohlenstoffkreisläufe und wendet für deren Abschätzung eine neuartige Strategie an, die wir vor einigen Jahren vorgeschlagen haben“, erklärt Markus Reichstein, Co-Autor der Studie und Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie .

Diese neuen Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Studien zu Methoden zur Verbesserung der Kohlenstoffbindung im Boden durch Mikroben, zum Einfluss verschiedener Arten von Mikroben und Substraten auf die Kohlenstoffspeicherung im Boden und zu landwirtschaftlichen Managementpraktiken. Das Verständnis der mikrobiellen Prozesse, die der Effizienz der Kohlenstoffnutzung zugrunde liegen, und ihrer Abhängigkeit von Umweltfaktoren kann bei der Vorhersage von SOC-Rückkopplungen als Reaktion auf ein sich änderndes Klima hilfreich sein.