Unexpected microbial metabolic responses to elevated temperatures and nitrogen addition in subarctic soils under different land uses
Subarctic regions are particularly affected by global warming. As vegetation periods lengthen, boreal forests could gradually be converted into agricultural land. How land use alters the susceptibility of soil organic matter decomposition to rising temperatures or how changes in nutrient availability, such as nitrogen (N) fertilisation, affect carbon (C) cycling is unknown. Microbial carbon use efficiency (CUE) defines how much of the decomposed soil organic carbon is directed to growth or lost to the atmosphere. Here, we investigated the response of CUE (24 h) and soil organic matter decomposition (50 days) to + 10 °C warming and N addition in three subarctic soils derived from paired plots (forest, grassland, cropland) in the Yukon, Canada. Contrary to our literature-based expectations, boreal forest soils did not demonstrate the most sensitive response to warming and N addition. Temperature sensitivity was not affected by land-use type. In contrast to a generally assumed decline, short-term warming increased CUE by + 30%, which was positively correlated with microbial growth. N addition reduced overall CUE by - 7%, in contrast to the expectation that CUE would rise due to the alleviation of nutrient limitations. The response to N addition was negatively correlated with the ratio of fungi to bacteria, and presumably depended on the prevailing N-fertilisation regime. The temperature sensitivity of microbial metabolism was driven by site-specific parameters rather than by land-use type. Our results indicate that it may not be necessary to consider land use-specific temperature sensitivities when modelling soil organic carbon dynamics under future climate conditions.
Subarktische Regionen sind von der globalen Erwärmung besonders betroffen. Da sich die Vegetationsperioden verlängern, könnten die borealen Wälder verstärkt in landwirtschaftliche Nutzflächen umgewandelt werden. Es ist nicht bekannt, wie die Landnutzung die Temperatursensitvität der Zersetzung organischer Bodensubstanz oder wie sich Veränderungen in der Nährstoffverfügbarkeit, z. B. durch Stickstoffdüngung, auf den Kohlenstoffkreislauf auswirken. Die mikrobielle Kohlenstoffnutzungseffizienz gibt an, wie viel des zersetzten organischen Bodenkohlenstoffs für das Wachstum genutzt wird oder in die Atmosphäre gelangt. Es wird angenommen, dass eine höhere Effizienz mit geringeren CO2 Verlusten aus dem Abbau organischer Bodensubstanz einhergeht. Wir untersuchten die Reaktion der CUE (24 Stunden) und des Abbaus organischer Bodensubstanz im Boden (50 Tage) auf eine Erwärmung um 10°C und die Zugabe von Stickstoff in drei subarktischen Böden, die aus gepaarten Parzellen (Wald, Grasland, Ackerland) im kanadischen Yukon stammen. Dabei zeigte sich, dass die Erwärmungsantwort unabhängig von der Landnutzungart war, woraus wir schlossen, dass landnutzungsspezifische Temperatursensitivitäten keine Berücksichtigung in C-Modellen brauchen zur Vorhersage zukünftiger C-Dynamiken. Vielmehr scheinen standortzspezifische Faktoren einen Einfluss auf die Erwärmungsantwort der mikrobiellen Prozesse zu haben. Anders als auf Grundlage der Literatur angenommen, stieg die Kohlenstoffnutzungseffizienz mit der Erwärmung (+30%). Das mikrobielle Wachstum wurde durch eine hohe N-Gabe kurzfristig gehemmt und führte dadurch zu einer Reduktion der Kohlenstoffnutzungseffizienz (-7%). Die Landnutzungsart hatte durch das vorherrschende N-Regime einen Einfluss auf die N-Antwort. Eine Erhöhung der Kohlenstoffnutzungseffizienz durch Erwärmung könnte dazu beitragen CO2 Verluste aus dem Boden durch den verstärkten Abbau organischer Bodensubstanz abzumildern.
Referenziert von
Vorschau
Zitieren
Zugriffsstatistik
Rechte
Nutzung und Vervielfältigung:
