Auto- und heterotrophe Komponenten der Ökosystematmung

Die Ökosystematmung (Reco ) ist eine wesentliche Komponente der CO 2 -Flüssse zwischen Ökosystemen und der Atmosphäre (NEE) und somit des globalen Kohlenstoff (C) - Kreislaufs. Während weltweite Netzwerke Reco verschiedenster Ökosysteme laufend erfassen, ist unser Verständnis der Komponenten von Reco und ihrer Regulation durch die Versorgung an Assimilaten, Nährstoffen und Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen und deren Diversität begrenzt. Ein derartiges Prozessverständnis ist jedoch vor dem Hintergrund globaler Veränderungen von großer Bedeutung. Das beantragte Projekt hat zum Ziel, diese offenen Fragen für drei unterschiedlich bewirtschaftete Graslandökosysteme in den Zentralalpen (Bergwiese, Almweide, Brache) zu untersuchen. Die CO 2 -Bilanz dieser drei Ökosysteme wurde während der letzten drei Jahre im Rahmen des EU- Projekts Carbomont erfasst, was eine Integration komplementärer Datensätze ermöglicht. Im beantragten Projekt sollen die folgenden Aspekte im Detail untersucht werden: - Saisonale Veränderung von NEE, Reco und seiner Komponenten (Blatt, Spross, Boden, Wurzel, Mikroorganismen der Streu, der Rhizosphäre und des Bodens) und des Streuabbaus. - Auswirkungen von Mahd und Beschattung auf den Status löslicher Kohlenhydrate in Pflanzenorganen und gelöstem organischem C im Boden, und ihrer Bedeutung für Blatt-, Wurzel- und mikrobielle Atmung. - Auswirkung der Artenzusammensetzung (funktionelle Pflanzengruppen) und von C/N-Verhätnissen der Streu auf den Streuabbau und die zugehörige mikrobielle Diversität und Gemeinschaftsstruktur - Diversität und Struktur mikrobieller Gemeinschaften in unterschiedlich bewirtschafteten Berggraslandsystemen und ihr Zusammenhang mit C-Flüssen. - Auf Grundlage der im Zuge des Projekts erhobenen Daten soll ein prozessorientiertes Modell entwickelt werden, das die C-Assimilation, den Status löslicher Kohlenhydrate und die Atmung von Pflanzenorganen und Mikroorganismen funktionell verknüpft. Vor dem Hintergrund des Kyoto-Protokolls soll das beantragte Projekt somit unser Verständnis von Prozessen erweitern, die den Wechselwirkungen von globalen Veränderungen (Landnutzungsänderungen, C-Kreislauf) zugrunde liegen.

Die Ökosystematmung (Reco ) ist eine wesentliche Komponente der CO 2 -Flüssse zwischen Ökosystemen und der Atmosphäre (NEE) und somit des globalen Kohlenstoff (C) - Kreislaufs. Während weltweite Netzwerke Reco verschiedenster Ökosysteme laufend erfassen, ist unser Verständnis der Komponenten von Reco und ihrer Regulation durch die Versorgung an Assimilaten, Nährstoffen und Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen und deren Diversität begrenzt. Das Projekt hatte zum Ziel, diese Fragen für drei unterschiedlich bewirtschaftete Graslandökosysteme (Bergwiese, Almweide, Brache)in den Zentralalpen zu untersuchen. Eine vergleichende Studie von NEE und dessen Komponenten entlang des Landnutzungsgradienten zeigte, dass die Bewirtschaftung den saisonalen Verlauf von NEE, der Bestandesphotosynthese (GPP) und der -atmung (Reco ) beeinflusst und dass all diese Parameter mit der Bewirtschaftungsintensität abnehmen. Während GPP und Reco während der Vegetationsperiode generell gut gekoppelt sind, wird Reco weniger stark durch die Bewirtschaftung (Mahd, Beweidung) und Jahreszeit beeinflusst. Die wichtigste Komponente von Reco ist die Bodenatmung (Rsoil), die global die größte Quelle an CO 2 darstellt und somit für die Treibhausgasbilanz von zentraler Bedeutung ist. Während die Bedeutung von klimatischen Einflussfaktoren auf Rsoil bereits gut dokumentiert ist, wird die Rolle biotischer Faktoren, insbesondere der Einfuss des frischen C-Eintrags durch die Photosynthese in der internationalen Forschergemeinschaft derzeit stark diskutiert. Eine Reihe von vergleichenden und experimentellen Studien im Zuge des Projekts zeigten, dass in Grasland die Photosynthese Rsoil annuell, saisonal, im Verlauf von Tagen und selbst tageszeitlich maßgeblich beeinflussen kann. Der tageszeitliche Einfluss wurde mittels eines Markierungsexperiments mit stabilen Isotopen und einem Isotopenlaser nachgewiesen, und dabei die respiratorische Nutzung von frisch assimiliertem C durch Bodenprozesse mit bislang ungeahnter zeitlicher Auflösung dokumentiert. Zur Analyse von langsameren Prozessen des C-Umsatzes in unterschiedlich bewirtschaftetem Berggrasland wurde eine Reihe von Streuexperimenten durchgeführt. Neben photosynthetischen Assimilaten ist die Streu die wichtigste C-Quelle der Pflanze für den Boden und kann dabei die mikrobielle Aktivität (und somit die Bodenatmung) sowie die C-Sequestrierung durch den Boden beeinflussen. Inkubationsexperimente mit unterschiedlichen Streumischungen von Wiese, Weide und Brache zeigten, dass die funktionelle Zusammensetzung der Streu jene der damit assoziierten mikrobiellen Gemeinschafen und deren Substratnutzung verändert, und dass die Streuqualität und die Identität der funktionellen Pflanzengruppe für den Streuabbau in unterschiedlich genutztem und aufgelassenem Grasland bedeutsam sind. Die Projektergebnisse belegen somit auf eine enge Koppelung von Pflanzen- und mikrobiellen Prozessen im Boden und zeigen, dass über ein breites Spektrum von Zeitskalen die Photosynthese eine wichtige und unmittelbare Steuergröße der Ökosystem- und der Bodenatmung darstellt.