Extreme Wetterbedingungen, verursacht durch den Klimawandel, können ein mehr negative Auswirkungen auf den Boden und Pflanzenökosysteme, wie Wissenschaftler zuvor angenommen haben, laut einer neuen Studie.

Ein internationales Forscherteam um die University of Manchester im Vereinigten Königreich untersuchte, wie Trockenheit den Boden auf mikrobieller Ebene beeinflusst, und fand heraus, dass diese Organismen so verändert werden, dass sich das Ökosystem insgesamt schädlich auswirken kann.

Die Forschung kommt zu einer Zeit, in der eine zunehmende Anzahl von Dürren und Hitzewellen sowohl den britischen Boden als auch die globale Gemeinschaft betrifft.

Die Forschung ist veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht .

Die Bedeutung von Bodenmikroben

Der Boden beherbergt sehr unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften, die für die Produktion von Boden verantwortlich sind, der für das Pflanzenwachstum notwendig ist, sowie für die Reinigung von Wasser und die Regulierung von Treibhausgasemissionen.

„Mikroben führen wichtige Prozesse im Boden durch. Sie zersetzen organische Stoffe wie abgestorbene Pflanzenblätter und -wurzeln und kontrollieren so das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, der im Boden verbleibt, und Kohlenstoff, der als CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird. “ Franciska de Vries, Senior Research Fellow an der School of Environmental Sciences und Hauptautor der Studie.

Dieser Zersetzungsprozess setzt auch Nährstoffe für das Pflanzenwachstum frei, aber alle diese Funktionen können durch Klimastörungen beeinträchtigt werden, erklärte de Vries.

Frühere Studien haben gezeigt, dass verschiedene Komponenten der mikrobiellen Gemeinschaft unterschiedlich auf Trockenheit reagieren, wobei Bodenpilze im Allgemeinen widerstandsfähiger gegen den Klimawandel sind als Bakterien, erklärten die Forscher.

Diese Studien haben sich jedoch fast ausschließlich auf einzelne Eigenschaften mikrobieller Gemeinschaften konzentriert, und nicht auf die direkten und indirekten Wechselwirkungen, die in Organismen auftreten, die im Boden nebeneinander existieren.

"Interaktionen zwischen Mikroben können uns Aufschluss darüber geben, wie ihre Gemeinschaft von Veränderungen in ihrer Umwelt betroffen sein wird", sagte de Vries.

„Wenn eine Art vollständig von einer anderen Art abhängt, zum Beispiel weil diese Art eine entscheidende Ressource für die andere Art zur Verfügung stellt und diese Art ausgestorben ist, dann wird auch die andere Art ausgestorben sein.“

Stattdessen wollten die Forscher einen ganzheitlichen Ansatz zur Untersuchung von Bodenökosystemen verfolgen.

Die Studie

Für die Studie sequenzierten die Forscher Boden-DNA und testeten die Auswirkungen von Trockenheit auf vier gemeine Graslandpflanzenarten.

„Dies sind Arten, die überall um uns herum wachsen. Auf unseren Rasenflächen, aber auch auf Weiden und in Hochlandheuwiesen “, sagte de Vries.

"Auch Grünlandarten sind ideale Modellarten, weil sie schnell wachsen und man sie leicht manipulieren und verschiedene Gemeinschaften in Töpfe pflanzen kann."

Die Forscher quantifizierten daraufhin die Reaktionen von Pflanzengemeinschaften, bakteriellen und pilzlichen Netzwerken im Boden sowie die Flüsse von Gewächshausgasen als Reaktion auf Trockenheit.

Die Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass sich bakterielle und pilzliche Netzwerke signifikant in Schlüsseleigenschaften unterscheiden, die ihre Reaktion unter Störungen beeinflussen könnten.

Zum Beispiel zeigten bakterielle Netzwerke mehr destabilisierende Eigenschaften als Pilznetzwerke, und diese Effekte wurden durch Trockenheit stimuliert.

Darüber hinaus fanden die Forscher eine Zunahme der Häufigkeit eines bestimmten schnell wachsenden, trockenheitstoleranten Grases.

Dies könnte sich auf den Boden auswirken, da größere oberirdische Vegetation mit einer erhöhten Wasserwechselrate von Pflanzen in die Atmosphäre einhergeht und die gesamte Bodenfeuchtigkeit senkt.

"Diese Arbeit zeigt uns, dass es wichtig ist, sowohl die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben als auch die Wechselwirkungen zwischen Mikroben als Reaktion auf den Klimawandel zu untersuchen", sagte de Vries.

"Es zeigt, dass Dürre durch die Veränderung der Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaften langfristige Auswirkungen auf Bakteriengemeinschaften und -netzwerke haben kann und dass diese Systeme aufgrund dieser Veränderungen möglicherweise anfälliger für künftige Dürreperioden werden, die mit dem Klimawandel zu erwarten sind."

Fortsetzung der Studie

Inmitten eines sich rasch verändernden Klimas hoffen die Forscher, den Boden weiter zu untersuchen, um die aktuellen und zukünftigen Auswirkungen der Dürre auf unterirdische Organismen zu ermitteln.

„Unser heißer und trockener Sommer in diesem Jahr ist ein 'Weckruf', um sich auf zukünftige Wetterbelastungen vorzubereiten.
Nick OstleEin Professor am Lancaster Environment Center und Co-Autor der Studie, sagte in einer Erklärung.

„Wir hatten gerade die heißesten zehn Jahre in der Geschichte Großbritanniens. Diese Arbeit zeigt, dass anhaltende Sommerdürren die Bodenbiologie verändern werden. Dies ist wichtig, da wir planen, die Ernährungssicherheit zu gewährleisten, die von einem gesunden Boden abhängt. “

Gegenwärtig untersucht de Vries die genauen Mechanismen, durch die Pflanzen die Reaktion von Bodenmikroben und deren Prozesse beeinflussen.

"In dieser Studie gehe ich davon aus, dass Wurzelausscheidungen, komplexe Gemische aus Zucker, organischen Säuren und Signalmolekülen, die von Pflanzenwurzeln in den Boden abgegeben werden, eine wichtige Rolle spielen", sagte sie.

"Ich schaue mir auch die mikrobiellen Gemeinschaften genauer an und konzentriere mich auf ihre Merkmale und wie diese ihre Reaktion auf Dürre, Überschwemmungen, Hitzewellen und Kälteeinbrüche bestimmen können."