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Dienstag, 23.05.2017
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Verrottende Streu verbessert Klimamodelle

Langzeitstudie führt zu neuen, vereinfachten Gleichungen der Stickstoff-Freisetzung aus Böden

Seit gut zehn Jahren rotteten sie in verschiedensten Orten auf der Welt verteilt, friedlich vor sich hin: Netzsäckchen mit Pflanzenresten und Blättern. Jetzt aber könnten sie dazu beitragen, dass künftige Klimamodelle verbessert werden. Denn die jetzt in „Science“ veröffentlichte Studie verhalf Forschern dazu, die aus solchen Verrottungsprozessen vom Boden in die Atmosphäre freigesetzte Stickstoffmenge genauer zu berechnen.
Streu setzt beim Zersetzen Stickstoff frei

Streu setzt beim Zersetzen Stickstoff frei

Mehr als drei Viertel der Luft, die wir atmen, besteht aus Stickstoff, einem essenziellen Element, das sich als Grundbaustein auch in allen Aminosäuren und damit allen Proteinen unsere Körpers findet. Im Boden werden organische Stickstoffverbindungen durch Bakterien in anorganische Formen wie Ammonium oder Nitrat umgewandelt, primäre Nährstoffe, die für das Pflanzenwachstum unerlässlich sind. Gleichzeitig sind die Kreisläufe von Stickstoff aber auch Kohlenstoff entscheidende Faktoren für das Klimasystem und damit auch für die Model, die den Klimawandel vorhersagen.

Stickstoffkreislauf entscheidend für Modelle


„Wenn wir Computermodelle konstruieren um zukünftige Klimaveränderungen zu prognostizieren, spielt die Fähigkeit, Stickstoff- und Kohlenstoffkreisläufe akkurat vorherzusagen eine entscheidende Rolle“, erklärt Whendee Silver, Professor für Ökosystemforschung an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Gemeinsam mit Kollegen der Colorado State Universität hat sie aus den an 21 Teststandorten gewonnen Daten weltweit Gleichungen entwickelt, die die chemischen Vorgänge des Prozesses beschreiben. “In der Welt der komplexen Biogeochemie haben wir entdeckt, dass dieser fundamentale Prozess des Nährstoffkreislaufs von Pflanzen und Mikroben tatsächlich relativ einfach ist“, so die Forscherin.

Die Teststandorte der Langzeitstudie umfassten sieben Biome, von der Tundra bis hin zu tropischem Regenwald und decken alle Klimazonen der Erde ab. An jeder Teststelle wurden einige Dutzend Netzsäckchen, gefüllt mit Nadeln, Stroh, Ahornblättern oder Graswurzeln auf dem Boden befestigt und der Zersetzung überlassen. Jedes Jahr entfernten die Forscher einige der Säckchen um den Fortschritt zu untersuchen und die Inhalte chemisch zu analysieren. Es zeigte sich, dass die dominanten Triebkräfte der Stickstoff-Freisetzung bei der Verwesung direkt von dem anfänglichen Stickstoffgehalt der Streu und der verbleibenden Masse des Materials abhängt.

Gleichungen erstaunlich simpel


“Ob es warm ist oder kalt, nass oder trocken, die Gleichungen funktionieren immer”, erklärt Silver. „Die Studie unterstreicht die Tatsache, dass es für Mikroben eine fundamentale physiologische Begrenzung gibt, die die Stickstofffreisetzung während der Zersetzung kontrolliert. Erst durch eine so groß angelegte Langzeitstudie wie diese haben wir erkennen können, wie simpel diese Prozesse eigentlich sind.“


„Das wichtigste an dieser Studie ist, dass wir eine globale Gesetzmäßigkeit daraus ableiten konnten, die die Zersetzungsraten der Streu und die Freisetzung des Stickstoffs aus dem Boden beschreibt und vorhersagt“, erklärt William Parton, Ökologe an der Colorado State Universität. „Es gibt eine Menge von globalen Nährstoffkreislauf-Modellen, aber das von uns entwickelte Modell basiert auf nur zwei Parametern und ist daher weitaus elegante aber vor allem breiter anwendbar als die bisher eingesetzten Gleichungen.“

Rückschluss auch auf Kohlenstoff-Kreislauf


Die Studie könnte jedoch nicht nur die Stickstoff-Freisetzung zukünftig genauer beschreiben, sie erlaubt möglicherweise auch Rückschlüsse auf den zweiten wichtigen Faktor, den Kohlenstoff. „Die Diskussion dreht sich darum, wie sehr die durch die Erwärmung erhöhte Zersetzung auch eine verstärkte Freisetzung von Kohlenstoff aus den Ökosystemen nach sich ziehen wird“, erklärt Parton. „Wenn man die Dekompositionsraten der Streu erhöht, wird mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen. Unsere Studie liefert uns Algorithmen um die Rate dieses Prozesses unter einer brieten Spanne von Umweltbedingungen besser berechnen zu können.“

Es gab allerdings eine Region, in der das ansonsten treffsichere Modell nicht greift: „Trockene Grasgebiete passen nicht in das Modell, da hier die Stickstoff-Freisetzung durch die Exposition gegenüber der UV-Strahlung kontrolliert wird“, erklärt Silver. „Die Blätter zersetzen schneller als nur auf der Basis des Klimas allein und entlassen daher auch schneller Stickstoff als das Modell es prognostiziert. Die wahrscheinlichste Erklärung hierfür ist, dass die UV-Strahlung in diesen Systemen andere, hemmende biologische Prozesse unterbindet.“
(Colorado State University, 19.01.2007 - NPO)
 
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