Forscher unter der Leitung von Professor Feng Xiaojuan vom Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IBCAS) haben die unterschiedlichen Reaktionen kohlenstoffabbauender Enzyme auf die Entwässerung von Feuchtgebieten analysiert und fanden heraus, dass die enzymatische Reaktion auf langfristige Entwässerung in Sphagnum-Feuchtgebieten im Vergleich zu anderen Feuchtgebieten aufgrund unterschiedlicher Vegetationsverschiebungen unterschiedlich ist.
Ihre Studie wurde veröffentlicht in Natur Klimawandel am 15. August.
Die enorme Kohlenstoffspeicherung in Feuchtgebieten wird häufig auf eine gehemmte Enzymaktivität (insbesondere Phenoloxidase) unter sauerstoffarmen Bedingungen zurückgeführt. Durch den Klimawandel und menschliche Aktivitäten bedingte Entwässerung dürfte die Sauerstoffverfügbarkeit erhöhen, was möglicherweise zu einem Anstieg der Phenoloxidationsaktivität und Kohlenstoffzersetzung führen könnte.
„Allerdings ist die Reaktion der Phenoloxidase auf die Feldentwässerung höchst unsicher, was uns daran hindert, die Kohlenstoff-Klima-Rückkopplungen in Feuchtgebieten vorherzusagen“, sagte Professor Feng Xiaojuan.
Daher führten Feng und ihr Team eine landesweite, paarweise Untersuchung trockengelegter Feuchtgebiete in ganz China durch, die über einen langen Zeitraum (15–55 Jahre) künstlich entwässert worden waren. Die Untersuchung umfasste replizierte Paare von wassergesättigten und entwässerten Böden in 30 Feuchtgebieten, darunter 14 Sphagnum- und 16 Nicht-Sphagnum-Feuchtgebiete.
Basierend auf Literaturdaten und Laborsimulationen verglichen sie die Reaktion der phenoloxidativen Aktivität auf Entwässerung in verschiedenen Zeiträumen in verschiedenen Feuchtgebietstypen. Die Ergebnisse zeigten, dass kurzfristige Entwässerung zwar im Allgemeinen die phenoloxidative Aktivität erhöht, ihre Reaktion auf langfristige Entwässerung jedoch in Sphagnum- und Nicht-Sphagnum-Feuchtgebieten unterschiedlich ist.
Metagenomische Bodenanalysen und Analysen des Pflanzenstoffwechsels haben ergeben, dass eine langfristige Entwässerung mit einer Zunahme sekundärer Pflanzenstoffe (vor allem antimikrobieller Phenole) und einer Abnahme der Phenoloxidase produzierenden Mikroben in den Böden der Nicht-Sphagnum-Feuchtgebiete einhergeht.
Im Gegensatz dazu ist in Sphagnum-Feuchtgebieten die Entwässerung mit der Ersetzung des antimikrobiellen Sphagnums durch Gefäßpflanzen verbunden, was zu einer Zunahme der Phenoloxidase-produzierenden Mikroben und einer Erhöhung der Phenoloxidationsaktivität mit kaskadierenden Effekten auf hydrolytische Enzyme führt.
Diese Ergebnisse brachten die gegensätzlichen Änderungen der Phenoloxidationsaktivität nach der Entwässerung von Feuchtgebieten in verschiedenen Zeiträumen in Einklang und zeigten, dass die unterschiedlichen Reaktionen der Phenoloxidationsaktivität auf die Feldentwässerung in Sphagnum- und Nicht-Sphagnum-Feuchtgebieten eher auf Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben als auf die Sauerstoffverfügbarkeit zurückzuführen sind.
„Diese Studie hat die Bedeutung der auf Merkmalen basierenden Pflanzendynamik hervorgehoben, um die Kohlenstoffdynamik in Feuchtgebieten und die Rückkopplung auf den Klimawandel unter veränderten hydrologischen Regimen zu entschlüsseln.
„Die Einbeziehung dieses neuen Mechanismus in die Modelle wird die Vorhersagen der Dynamik des organischen Kohlenstoffs in Feuchtgebietsböden verbessern“, sagte Professor Feng.
Weitere Informationen:
Yunpeng Zhao et al., Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen bilden die Grundlage für unterschiedliche enzymatische Reaktionen auf die Entwässerung von Feuchtgebieten, Natur Klimawandel (2024). DOI: 10.1038/s41558-024-02101-3