Die Beurteilung der Funktion von Waldökosystemen erfordert ein tiefes Verständnis der Mechanismen der Stickstoffmineralisierung im Boden. Eine von einem Forscherteam durchgeführte Studie hat Aufschluss darüber gegeben, wie N-Zyklus-Gene im Boden die Stickstoffmineralisierung im Boden während der Aufforstung steuern.
Der Ergebnisseveröffentlicht in Briefe zur Bodenökologieliefern wertvolle Einblicke in die Beziehung zwischen Bodenmikrobengemeinschaften, funktionellen Genen und der Rate der Stickstoffmineralisierung im Boden.
Die Forscher sammelten Bodenproben aus einer Chronosequenz von Robinia pseudoacacia L (RP14, RP20, RP30 und RP45) in verschiedenen Stadien der Aufforstung sowie ein geneigtes Ackerland (FL) als Kontrolle. Die Analyse der metagenomischen Sequenzierung ergab mit fortschreitender Aufforstung signifikante Veränderungen in der Diversität und Zusammensetzung der am N-Kreislauf beteiligten Bodenmikrobengemeinschaften. Es wurde festgestellt, dass die Aufforstung die Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften im Boden effektiv erhöht.
Um den Zusammenhang zwischen Bodenmikrobengemeinschaften und Stickstoffmineralisierung weiter zu untersuchen, führten die Forscher Experimente mit Innenkulturen durch und analysierten Korrelationen.
Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Anstieg sowohl der Bodennitrifikationsrate (Rn) als auch der Bodenstickstoffmineralisierungsrate (Rm) mit zunehmendem Bestandsalter. Die Studie ergab auch eine starke Korrelation zwischen dem Rm des Bodens und der mikrobiellen Diversität des Bodens sowie der Häufigkeit von Genen für den N-Zyklus im Boden.
Mithilfe einer PLS-PM-Analyse (Partial Least Squares Path Modeling) entdeckten die Forscher, dass Nitrifikations- und Denitrifikationsgene einen größeren direkten Einfluss auf den Boden-Rm hatten als Bodenmikrobengemeinschaften. Dies legt nahe, dass funktionelle Gene, die mit dem Stickstoffkreislauf im Boden zusammenhängen, eine entscheidende Rolle dabei spielen, die Stickstoffmineralisierung im Boden während der Aufforstung voranzutreiben.
Die Studie wurde auf dem Lössplateau durchgeführt, einer wichtigen Region für Aufforstungsbemühungen. Die Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen von Mikroorganismen auf die Stickstoffmineralisierungsrate des Bodens während der Aufforstung und bieten eine neue theoretische Grundlage für die Bewertung der Stickstoffmineralisierungsmechanismen des Bodens während der Waldsukzession.
„Diese Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Waldbewirtschaftung und die Wiederherstellung von Ökosystemen“, sagte Professor Ren, der Hauptautor der Studie. „Durch das Verständnis der Rolle von Bodenmikroben und funktionellen Genen bei der Stickstoffmineralisierung im Boden können wir Aufforstungspraktiken optimieren und die ökologischen Funktionen von Waldökosystemen verbessern.“
Das Forschungsteam hofft, dass diese Erkenntnisse zur Entwicklung nachhaltigerer und effektiverer Waldbewirtschaftungsstrategien beitragen werden, insbesondere in Regionen mit Aufforstungsbemühungen.
Durch die Berücksichtigung der Rolle von Bodenmikroben und funktionellen Genen können Waldrestaurierungsprojekte so gestaltet werden, dass sie den Nutzen für Umwelt und Gesellschaft maximieren.
Mehr Informationen:
Yaping Zhao et al., Bestimmung der N-Zyklus-Genhäufigkeit der N-Mineralisierungsrate nach Wiederaufforstung im Löss-Plateau in China, Briefe zur Bodenökologie (2024). DOI: 10.1007/s42832-023-0188-0
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