Stickstoffumsetzungen und Lachgasemissionen in Permafrostgebieten Nordchinas unter Klimawandelbedingungen (NIFROCLIM)

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Dannenmann; Professor Dr. Michael Schloter
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Biochemie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410850447

Permafrostböden der arktischen Regionen (z. B. Nord-Chinas) speichern enorme Mengen an organischem Kohlenstoff und Stickstoff. Diese könnten durch den Klimawandel mineralisiert und freigesetzt werden. Während die Kohlenstoff-Mineralisierung und die damit assoziierten Kohlendioxid- und Methan-Emissionen Gegenstand intensiver Forschung sind, wird bisher die mögliche gasförmige Freisetzung von Stickstoff aus Permafrostböden, zum Teil in Form des äußerst potenten Treibhausgases Lachgas, häufig ignoriert.Das übergeordnete Ziel von NIFROCLIM ist die Quantifizierung und das prozessorientierte Verständnis von Lachgas-Emissionen aus Böden von Permafrost-Landschaften Nord-Chinas unter sich ändernden Klimabedingungen. Dafür sollen topographische Transekte durch typische Permafrostlandschaften untersucht werden, die z.B. Tiefland-Moorböden und Gelisole an bewaldeten Hängen unterschiedlicher Exposition einschließen. Die zentrale Hypothese von NIFROCLIM ist, dass der Klimawandel mit der höheren Mächtigkeit der Permafrost-Auftauschicht auch die N-Verfügbarkeit im Boden und die gasförmigen N-Verluste erhöht. Um N2O-Emissionen aus Permafrostböden unter Klimawandelbedingungen vorhersagen zu können, sollen die treibenden mikrobiellen Prozesse sowohl für verschiedenen Permafrost-Boden-Typen als auch entlang von vertikalen Bodenprofilen einschließlich der Auftaufront charakterisiert und quantifiziert werden. Zu diesem Zweck werden wir a) Treibhausgas-Fluss-Messungen an der Boden-Atmosphäre-Grenzschicht entlang von topographischen Gradienten und im Rahmen von Feld-Erwärmungsversuchen in typischen Permafrostlandschaften Nord-Chinas durchführen, die eng b) mit biogeochemischen Prozess-Studien zur Bestimmung der Umsatzraten zentraler Prozesse des N-Kreislaufes und c) molekularbiologischen Methoden zur Charakterisierung und Quantifizierung der Struktur, Diversität und Aktivität des involvierten Boden-Mikrobioms verknüpft sind, sowie d) die organische Bodensubstanz mittels physikalischer und spektroskopischer Verfahren charakterisieren. Diese Feldstudien werden durch e) Laborstudien unter kontrollierten Bedingungen ergänzt, bei denen die Höhe der Auftauschicht, die Wassersäule und die Temperatur gezielt manipuliert werden um das Prozess-Verständnis zu verbessern. Mit den geplanten Arbeiten wird NIFROCLIM ein prozessbasiertes Verständnis der bodenmikrobiellen Stickstoffumsetzungen und der assoziierten Produktion und Konsumption von Lachgas in Abhängigkeit der Höhe der Auftauschicht erarbeiten und damit einen wichtigen Beitrag zur Abschätzung zukünftiger Lachgasemissionen aus Permafrostböden unter Klimawandelbedingungen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Chunyan Liu