Saisonale Partitionierung von CO2-Quellen in tauendem Permafrost: Die Bedeutung von Winter für den jährlichen Kohlenstoffkreislauf

• Antragstellerin: Dr. Josefine Walz
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449019450

Arktische Winter sind lang und kalt. Dennoch kann die Ökosystematmung im Winter 20-50% der jährlichen Emissionen von Kohlenstoffdioxid (CO2) ausmachen, da Kälte-angepasste Pflanzen und Bodenmikroorganismen unter einer isolierenden Schneedecke weiterhin CO2 produzieren können. Winter hat daher eine wichtige Bedeutung, aber die Mechanismen der Ökosystematmung zu dieser Jahreszeit sind kaum untersucht.Ökosysteme in den nördlichen Breiten sind durch große saisonale Unterschiede in Temperatur, Licht, und Schneebedeckung gekennzeichnet. Permafrost, das heißt Boden, welcher für mindestens zwei aufeinander folgende Jahre eine Bodentemperatur von 0 °C oder weniger hat, ist besonders sensibel gegenüber den Folgen des Klimawandels. Die Klimaerwärmung hat dazu geführt, dass Permafrost weitflächig taut und flachwurzelnde Pflanzengemeinschaften durch tiefwurzelnde Arten vertrieben werden. Die Auswirkungen von Boden-Wurzel-Wechselwirkungen auf die Ökosystematmung im Winter in tauendem Permafrost, bleiben jedoch unklar. Des weiteren ändert sich das Klima in den nördlichen Breiten doppelt so schnell wie im globalen Durchschnitt. Die Folgen des Klimawandels sind besonders ausgeprägt im Winter, mit einer kürzeren, aber dickeren, Schneebedeckung. Es ist zu erwarten, dass Klimawandel, tauender Permafrost und tiefer wurzelnde Pflanzen zu mehr Ökosystematmung und somit zu erhöhten CO2-Emisssionen führen. Die Partitionierung der Ökosystematmung in ihre zwei Quellen, schnell umgesetzter Kohlenstoff aus pflanzlichen Quellen und langsam abgebauter organischer Bodenkohlenstoff, stellt noch immer eine Herausforderung für die Forschung dar. Jedoch nur diese Partitionierung ermöglicht es, die Quelle des zusätzlich produzieren CO2 aus der Ökosystematmung zu identifizieren und so die zukünftige Bedeutung tauender Permafrosftregionen im globalen Kohlenstoffkreislauf besser zu bewerten.Ich werde 13C-Feldstudien mit Untersuchungen im experimentellen Garten kombinieren und so (1) den absoluten Anteil der Winterökosystematmung am Gesamtkohlenstoffumsatz sowie die den relativen Anteil von Pflanzen- und Bodenatmung in verschiedenen Jahreszeiten entlang eines Permafrosttaugradientes in Nordschweden quantifizieren und die Steuerungsfaktoren zu identifizieren und (2) den Einfluss von tauendem Permafrost auf Boden-Wurzel-Wechselwirkungen im Winter untersuchen. Das Vorhaben schafft so neue Erkenntnisse zu Ökosystemprozessen im Winter. Die Partitionierung der Ökosystematmung ermöglicht es weiterhin, die Entwicklung der Senkenfunktion von Permafrostregionen für atmosphärisches CO2 in einer sich erwärmenden Arktis besser zu projizieren. Weder die Prozesse im Winter, noch tauender Permafrost, sind zur Zeit mit großen statistischen Wahrscheinlichkeiten in Klimamodellen berücksichtigt. Ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanze, Boden, und dem Kohlenstoffkreislauf zu unterschiedlichen Jahreszeiten in diesen einzigartigen Ökosystemen wird daher dringend benötigt.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeberin: Professorin Dr. Ellen Dorrepaal