Mikrobielle Reaktion auf ein sich veränderndes und brandgefährdetes arktisches Ökosystem

Treibhausgasemissionen aus menschlichen Aktivitäten haben das Klima der Erde verändert – und in den arktischen Regionen erwärmen sich die Lufttemperaturen doppelt so schnell wie im globalen Durchschnitt. Dauerhaft gefrorene arktische Böden in Tundra-Ökosystemen speichern etwa die doppelte Menge an Kohlenstoff, die sich derzeit in der Atmosphäre befindet. Dieses gefrorene organische Material taut auf und erhöht so die mikrobielle Zersetzung, wodurch Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird. Der arktische Klimawandel kann auch zu mehr Dürren, geringerer Luftfeuchtigkeit und mehr Blitzen führen – alles Faktoren, die die Häufigkeit und Intensität von Waldbränden erhöhen können.

Eine aktuelle Studie unter der Leitung des Berkeley Lab-Wissenschaftlers Nick Bouskill versuchte, das Wissen darüber zu verbessern, wie diese arktischen Systeme auf Waldbrände reagieren. Das arktische Projektteam von Next Generation Ecosystem Experiments (NGEE) verwendete Umweltmodelle, um zu bewerten, wie sich diese Umgebungen von Waldbränden erholen und wie die in diesen Permafrostböden verfügbaren Nährstoffe diese Erholung beeinflussen. Ihre Arbeit zeigte, dass in den ersten fünf Jahren nach dem Brand schneller wachsende Bakterien Kolonien in Bereichen des Bodens gründeten, die zuvor von langsam wachsenden Pilzen besetzt waren. Die Studie wird in einem neuen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Kommunikation Erde und Umwelt.

Bouskill erklärte, dass „der Ausbruch von Waldbränden zur Verbrennung und zum Verlust von Kohlenstoff aus dem Boden und der Vegetation und zum Export von Bodennährstoffen in die Wasserstraßen führt“. Daher sind Brände eine Störung der mikrobiellen Gemeinschaft, da sie die Bodenbedingungen beeinflussen. Die mikrobielle Reaktion auf diese Waldbrände kann sich auf den Nährstoffkreislauf im Boden auswirken, was die Erholung des Ökosystems in größerem Maßstab beeinflussen kann.

Unter Verwendung eines mathematischen Ökosystemmodells simulierte das Team, wie Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe im Boden auf Waldbrände in einem sich ändernden Klima reagieren, beispielsweise mit erhöhter Temperatur und atmosphärischem Kohlendioxid. Das Modell wurde auf Beobachtungen des Anaktuvak-Flussfeuers 2007 angewendet – eines der größten und am häufigsten erfassten Waldbrände in arktischen Regionen. Aufgrund des nachgewiesenen verbesserten mikrobiellen Wachstums und der Aktivität wurden mehr Nährstoffe in den Boden freigesetzt – was eine bessere Bodenqualität und damit eine schnellere Rückgewinnung von Bodenkohlenstoff und Pflanzengemeinschaften ermöglicht. Diese Bedingungen nach dem Brand ermutigten auch die Sträucher, schneller zu wachsen als unter Erwärmungsbedingungen allein.

Die Modellsimulationen zeigen, dass durch mikrobielle Aktivitäten freigesetzte Bodennährstoffe beeinflussen, wie sich Tundra-Ökosysteme von Bränden erholen. Diese Studie verbessert Vorhersagen darüber, wie sich Mikroben und die Bodenqualität verändern und auf eine sich schnell erwärmende und brandgefährdete arktische Umgebung reagieren können.