Böden dienen als entscheidende Kohlenstoffsenken im Kampf gegen den Klimawandel, sie speichern mehr Kohlenstoff als jedes andere terrestrische Ökosystem und dreimal mehr als die Atmosphäre. Mikroorganismen in den Böden waren schon lange als wichtige Faktoren beim Umsatz von organischem Kohlenstoff anerkannt. Bisher war aber weitgehend unbekannt, wie sich unterschiedliche biologische und umweltbedingte Prozesse auf die Kohlenstoffspeicherung der Böden auswirken.
Die Studie mit dem Titel „Microbial Carbon Use Efficiency Promotes Global Soil Carbon Storage“ verwendet einen neuartigen Ansatz um die Prozesse zu quantifizieren, die die Dynamik des Bodenkohlenstoffs bestimmen. Das internationale Wissenschaftlerteam erforschte aus verschiedenen Blickwinkeln, wie sich die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung, die Speicherung organischen Kohlenstoffs im Boden sowie verschiedene Faktoren wie Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften zueinander verhalten. Die Forschenden integrierten erstmals erfolgreich globale Datensätze, ein spezifisches Modell mikrobieller Prozesse, Datenassimilation, maschinelles Lernen und Meta-Analysen zur Untersuchung dieser Beziehung.
Die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung misst den Anteil des Kohlenstoffs, der von Mikroorganismen für das Wachstum im Vergleich zum Stoffwechsel verwendet wird. Wird der Kohlenstoff für das Wachstum gebraucht, so wird er in die Biomasse der Mikroorganismen eingebaut was die Speicherung im Boden unterstützt. Wird er dagegen für den Stoffwechsel verwendet, dann wird Kohlenstoff als Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt und wirkt als Treibhausgas. Die Studie betont, dass das Wachstum der Mikroorganismen entscheidender ist als deren Stoffwechsel bei der Frage, wie viel Kohlenstoff im Boden gespeichert wird.
Wichtigster Faktor bei Kohlenstoffspeicherung
„Wir haben festgestellt, dass die Effizienz der mikrobiellen Kohlenstoffnutzung eindeutig der wichtigste Faktor bei der Speicherung von Bodenkohlenstoff ist“, sagt Feng Tao, Erstautor der Studie, der als Gast am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena an seiner Promotion forschte, betreut in der Abteilung von Prof. Markus Reichstein.
Die Aufnahme und der Abbau des Kohlenstoffs im Boden werden schon seit langem untersucht. Die Forschung konzentrierte sich bisher jedoch hauptsächlich auf einzelne Prozesse wie die Zufuhr von Kohlenstoff durch Laubfall und Wurzeln oder die Freisetzung von Kohlendioxid in die Luft während des Abbaus von organischer Substanz. „Die Studie zeigt, wie bedeutsam Mikroorganismen und deren Eigenschaften für die Kohlenstoffspeicherung sind, und wie wir dies mit unserer neuen Strategie, die wir vor Jahren vorgeschlagen hatten, tatsächlich erfassen und bewerten können“, erklärt Markus Reichstein, Mitautor der Studie und Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.
Die neuen Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Studien zu verbesserten Methoden der Kohlenstoffspeicherung durch Mikroorganismen, zum Einfluss unterschiedlicher Mikroorganismen und Substrate, und zu landwirtschaftlichen Bewirtschaftungspraktiken. Ein besseres Verständnis der mikrobiellen Prozesse, die der Effizienz ihrer Kohlenstoffnutzung zugrunde liegen, und ihrer Abhängigkeit von Umweltfaktoren kann dazu beitragen, die Rückkopplungen des im Boden gespeicherten organischen Kohlenstoffs mit dem Klimawandel vorherzusagen.
