Klimagesteuerte Abbaudynamik von Totholz auf alpinen Böden

Alpine Gebirgswälder sind komplexe Ökosysteme, die besonders sensitiv auf sich verändernde Umweltbedingungen wie globale Erwärmung reagieren. Obwohl der Waldboden essentiell an der Sequestrierung von Kohlenstoff beteiligt ist, sind viele Funktionsweisen des Kohlenstoff-Kreislaufes noch weitgehend unbekannt. Eine wichtige Rolle bei der Umsetzung von Kohlenstoff in Waldökosystemen spielt Totholz. Tote und absterbende Bäume sind wertvolle Habitate für eine große Anzahl an seltenen Spezies (saproxylische Insekten, Vögel, Säugetiere, Pilze, Flechten und Bryophyten), da sie Futter, Schutz und Brutplätze bieten. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit, die Interaktionen zwischen Wald, Boden, Totholz, Makro- und Mikroorganismen und den darauf einwirkenden klimatischen Einflüssen im Detail zu verstehen. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, mittels empirischer Untersuchungen, Feldexperimenten und Modellierungen den Effekt des Klimas auf die Abbaudynamik von Totholz von Picea abies und dessen Inkorporation in den Waldboden eines alpinen Gebiets im Trentino (Val di Rabbi and Val di Sole) zu analysieren. Die Forschungsflächen werden entlang eines Höhengradienten (von 1000 bis 2200 Höhenmeter), der die Klimazonen widerspiegelt, an Nord- und an Süd-exponierten mit Nadelwald bestockten Standorten angelegt. Das Leitmotiv der geplanten Untersuchungen gruppiert sich um das Totholz (Picea abies) - Humus Formen - Bodenorganische Substanz. Folgende Forschungsfragen werden angegangen: Wie beeinflusst das Klima den Abbau von Totholz speziell im Boden alpiner Standorte? Welche Zeitskalen sind dabei involviert? Wie schnell wird Totholz in die bodenorganische Substanz integriert? Wie werden die Abbauprodukte im Boden stabilisiert? Welche Beziehungen bestehen zwischen den Abbaumechanismen und der räumlichen Verteilung der Humus Formen? Kann die Humus Form als zentraler Parameter für die räumliche Extrapolation der Boden-Mesofauna und - Mikrobiologie genutzt werden? Das Vorgehen umfasst die empirische Untersuchung von 2 Klimasequenzen (Nord- und Südhänge) gekoppelt mit zusätzlichen Feldexperimenten, bei welchem sogenannte Mesokosmen (halboffene Systeme) an jedem Standort zusätzlich installiert werden. Pro Standort sind verschiedene Replikate vorgesehen, wo mittels 13C-markiertem Totholz (Picea abies) der Abbaugrad und -Prozesse nach 12, 25, 52 und 104 Wochen untersucht werden. An jedem Standort/Fläche werden die Quantität und Qualität von Totholz und dessen Abbaumechanismen mittels dendrochronologischer Untersuchungen und Bodenuntersuchungen erfasst werden. Die räumliche Extrapolation der Totholzmenge auf das untersuchte Tal wird mit der k-Nearest Neighbours (k-NN) Methode in Kombination mit Fernerkundung und GIS (Geographische Informationssystem) bewerkstelligt werden. Die bodenorganische Substanz an den einzelnen Standorten wird auf chemische und physikalische Fraktionen sowie deren Zusammensetzung ( 14C, 13C, 15N, Lignine) hin untersucht werden. Zudem werden die mikrobiellen Gemeinschaften (Bakterien, Archaeen, Pilzen; DNA, rRNA etc.) im Boden eines jeden einzelnen Standortes analysiert. An jedem Standort wird die Humus Form detailliert erhoben und grossräumig kartiert werden (Teildatensätze sind bereits vorhanden). Über statistische Analysen (z.B. automatisierte Entscheidungsbäume) wird versucht eine räumliche Extrapolation der biologischen Prozesse über die Humusform zu unternehmen. Erste Versuche zeigten, dass ein solches Vorgehen erfolgreich sein könnte. Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglicht Einblicke in Abbaumechanismen und Humusbildung sowie deren Zusammenspiel mit Makro- und Mikroorganismen in Gebirgswäldern und analysiert den Einfluss von Klimaveränderungen auf diese Prozesse.

Alpine Gebirgswälder sind komplexe Ökosysteme, die besonders sensitiv auf sich verändernde Umweltbedingungen wie globale Erwärmung reagieren. Obwohl der Waldboden essentiell an der Speicherung von Kohlenstoff beteiligt ist, sind viele Funktionsweisen des Kohlenstoff-Kreislaufes noch weitgehend unbekannt. Totholz spielt eine Schlüsselrolle in der Struktur und Funktion von Waldökosystemen, und trägt wesentlich zur Erhaltung der biologischen Vielfalt (Biodiversität) und der natürlichen Regeneration der Wälder bei, mit Einfluss auf die globalen Nährstoffkreisläufe und die Gesamtkohlenstoffspeicherung.Die komplexen Mechanismen des Totholz-Abbaus können nur mit Hilfe detaillierter Kenntnisse über die Struktur und Aktivität der Haupakteure, den mikrobiellen Gemeinschaften, entschlüsselt werden.Ziel der Arbeitsgruppe Mikrobiologie war es daher, die Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaften (Boden vs. Holz) entlang der ausgewählten Klimasequenz in Val di Rabbi (Trentino, Italien) auf folgende Aspekte zu analysieren:Multidisziplinäre Charakterisierung der Nord- vs. Süd-exponierten Versuchsflächen (Klimazonen) für die Evaluierung von potentiellen Klima-Einflüssen Auswirkungen der Bodenbedeckung und Hangexposition (N vs. S) auf Mikro- und Mesobiota in subalpinen WaldbödenEinfluss der Hangexposition (Sonneneinstrahlung; N vs. S) auf die Abbaudynamik von Totholz in unterschiedlichen Stadien der HolzzersetzungInsgesamt zehn Forschungsflächen wurden entlang eines Höhengradienten (von 1200 bis 2400 Höhenmeter), der die Klimazonen widerspiegelt, an Nord- und an Süd-exponierten mit Nadelwald bestockten Standorten angelegt. Höhenstufen-spezifische klimatische Bedingungen prägen die vorherrschenden Vegetations- und Bodentypen, und als Konsequenz die Diversität, Abundanz, und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaften entlang der Klimasequenz. Des Weiteren haben wir Einblicke in das synergistische Zusammenspiel von Pilzen, den primären Holz-Zersetzern, und Bakterien, denen bis dato noch eine untergeordnete Rolle in der Totholz-Abbau-Dynamik zugeschrieben worden ist, erhalten. Unsere Forschungsergebnisse sind ein Grundstein für künftige Studien über die Wechselwirkungen zwischen Pilzen und Bakterien im Totholz und deren Auswirkungen auf die Bodenkohlenstoffbilanz und somit auf die Produktivität der Wälder.