Klimawandel und Industrialisierung setzen Ökosysteme weltweit unter Druck – auch die wertvolle Ressource Boden. Vor allem ihre Fähigkeit, wichtige Treibhausgase zu speichern, wird beeinträchtigt. Seit langem ist bekannt, dass Mikroorganismen gerade bei der Umsetzung von organischem Kohlenstoff im Boden eine wichtige Rolle spielen. Wie sich biologische und umweltbedingte Prozesse auf die Kohlenstoffspeicherung in Böden auswirken, war bisher weitgehend unbekannt. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena liefert nun erstmals Antworten.

Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung im Fokus

Um die Dynamik des Bodenkohlenstoffs zu bestimmen, wählte das Team einen neuartigen Ansatz. Aus verschiedenen Blickwinkeln wurde untersucht, wie die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung, die Speicherung von organischem Kohlenstoff im Boden und verschiedene Faktoren wie Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften zusammenhängen. Wie das Team in der Fachzeitschrift Nature berichtet, beeinflusst die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung die globale Speicherung und Verteilung von Kohlenstoff im Boden mindestens viermal stärker als andere biologische Faktoren oder Umweltbedingungen.

„Wir haben festgestellt, dass die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung eindeutig der wichtigste Faktor für die Speicherung von Bodenkohlenstoff ist“, sagte Feng Tao, Erstautor der Studie, der für seine Doktorarbeit als Gast am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena forschte. In der Studie wurden erstmals globale Datensätze, ein spezifisches Modell mikrobieller Prozesse, Datenassimilation, maschinelles Lernen und Meta-Analysen erfolgreich integriert, um diese Beziehung zu untersuchen und die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurde der Anteil des Kohlenstoffs, der von den Mikroorganismen für das Wachstum verwendet wird, mit dem Anteil des Kohlenstoffs verglichen, der für den Stoffwechsel verwendet wird.

Zentrale Rolle für die Kohlenstoffspeicherung

Das Ergebnis: Wenn Mikroorganismen Kohlenstoff für ihr Wachstum nutzen, wird er in die Biomasse der Mikroorganismen eingebaut und im Boden gespeichert. Anders sieht es aus, wenn der Kohlenstoff für den Stoffwechsel genutzt wird. Dann wird er als Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt und wirkt als Treibhausgas. „Die Studie zeigt, wie wichtig Mikroorganismen und ihre Eigenschaften für die Kohlenstoffspeicherung sind und wie wir sie mit unserer neuen Strategie, die wir schon vor Jahren vorgeschlagen haben, tatsächlich erfassen und bewerten können“, erklärte Markus Reichstein, Co-Autor der Studie und Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.

Die Studie ist ein wichtiger Beitrag, um die mikrobiellen Prozesse bei der Kohlenstoffspeicherung im Boden besser zu verstehen. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse und ihrer Abhängigkeit von Umweltfaktoren könnte den Forschenden zufolge dazu beitragen, die Rückkopplungen des im Boden gespeicherten organischen Kohlenstoffs mit dem Klimawandel vorherzusagen.

bb