Entkopplung ober- und unterirdischer Prozesse des Streuabbaus und Auswirkungen auf die Stabilisierung der organischen Bodensubstanz mit zunehmender Trockenheit

Description: Trockengebiete bedecken große Teile der Landoberfläche und obwohl die Böden in Trockengebieten nur geringe Gehalte an organischem Kohlenstoff (OC) aufweisen, speichern sie einen erheblichen Teil der globalen OC-Vorräte im Boden. Derzeit ist es aber nicht möglich, die Auswirkungen der durch den Klimawandel prognostizierten Ausdehnung der Trockengebiete auf die Vorräte an OC im Boden vorherzusagen. Steigende Trockenheit beeinflusst die Prozesse des ober- und unterirdischen Streuabbaus und der Stabilisierung der organischen Bodensubstanz unterschiedlich. Es ist wenig bekannt über die Folgen zunehmender Trockenheit auf abiotische Prozesse des Streuabbaus wie Foto- und thermische Degradation sowie über Stabilisierungsprozesse der SOM, d. h. Aggregierung und Bildung von mineral-assoziierter organischer Substanz (MAOM) aus Blatt- und Wurzelstreu. Im Projekt werden wir einen einzigartigen Niederschlagsgradienten in Israel (gleiches Ausgangssubstrat) nutzen und die Hypothese testen, dass zunehmende Trockenheit zu einer zunehmenden Entkopplung der Mechanismen führt, die für den ober- und unterirdischen Streuabbau sowie für die Stabilisierung von SOM verantwortlich sind. Wir gehen davon aus, dass zunehmende Trockenheit den Abbau der Wurzelstreu stärker beeinflusst als den Abbau der Blattstreu. Des Weiteren nehmen wir an, dass zunehmender Niederschlag die Bildung von MAOM insbesondere aus Wurzelstreu fördert, während zunehmende Trockenheit einen höheren Anteil der Aggregierung an der SOM-Stabilisierung nach sich zieht. Wir werden den Streuabbau und die Stabilisierung von SOM untersuchen, indem wir 13C-markierte Streu (Spross, Wurzeln) einer einjährigen krautigen Pflanze entlang des Trockenheitsgradienten ausbringen. Den Einfluss der räumlichen Heterogenität der Vegetationsbedeckung wird berücksichtigt durch das Einbeziehen von Flächen unter sowie zwischen Sträuchern. Die Verwendung stabiler Isotope ermöglicht es uns, sowohl den Streuabbau als auch die Prozesse der SOM-Stabilisierung unter möglichst natürlichen Bedingungen entlang des Gradienten zu quantifizieren. Gemessene 13CO2-Flüsse im Feld werden mit den Informationen zum Einbau des 13C-Tracers in Fraktionen der SOM (gewonnen durch Dichtefraktionierung), EPS und der Aggregatstabilität kombiniert. Dies wird es ermöglichen, die SOM-Stabilisierungsmechanismen in Abhängigkeit der Trockenheit und der Vegetationsbedeckung zu erfassen. Die Ermittlung des Streuabbaus im Gelände wird mit Laborexperimenten kombiniert, um die Bedeutung abiotischer Prozesse für den Streuabbau zu quantifizieren. Unser komplementärer Ansatz wird ein umfassendes Bild über die Steuerung des Streuabbaus und der SOM-Stabilisierung in (semi)ariden Klimazonen ermöglichen. Dies wird die Grundlagen verschiedene Modellierungsansätze (Boden-C, Erdsystem) in ariden und semiariden Regionen bei zunehmender Trockenheit entscheidend verbessern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Vegetation ? Organischer Kohlenstoff ? Humus ? Strauch ? Tracer ? Israel ? Bodenkunde ? Pflanzenwurzel ? Trockengebiet ? Laborversuch ? Klimafolgen ? Klimazone ? Niederschlag ? Erdsystem ? Soil Sciences ?

Region: Saxony Thuringia

Bounding boxes: 13.25° .. 13.25° x 51° .. 51° 11° .. 11° x 50.91667° .. 50.91667°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Max-Planck-Institut für Biogeochemie (Projektverantwortung)
• Technische Universität Dresden (Projektverantwortung)
• The Hebrew University of Jerusalem, Faculty of Agriculture, Food and Environment, Dryland Tree and Ecosystem Ecology Lab (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2026-01-11

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Decoupling above- from belowground litter decomposition and impacts on stabilization of soil organic matter with increasing aridity
  Description: Drylands cover large areas of the land surface and may continue to expand in the future due to climate change. Even though dryland soils have low organic carbon (OC) concentrations, they store a significant fraction of global soil OC stocks. However, predicting effects of increasing aridity on soil OC stocks is not yet possible because above- and belowground processes of litter decomposition and soil organic matter (SOM) stabilization are differently affected by aridity. Consequences of increasing aridity on abiotic processes, such as photochemical and thermal degradation, and consequences for SOM stabilization processes by aggregation and formation of mineral-associated organic matter (MAOM) are still unclear. The role of extracellular polymeric substances (EPS) is particularly unknown, as they can stabilize aggregates (increasing importance at drier conditions) and promote the formation of MAOM (increasing importance at wetter conditions). The overarching objectives of this project are to assess the differential response of above- and belowground litter decomposition to increasing aridity and to elucidate the consequences for SOM stabilization. We will take advantage of a unique steep gradient in precipitation found on common parent material in Israel. We hypothesize that increasing aridity results in increasing de-coupling of the mechanisms responsible for above- and belowground litter decomposition as well as SOM stabilization. Increasing aridity should slow down decomposition of belowground litter more than that of aboveground litter. Further, increasing precipitation should promote the formation of MAOM particularly from belowground litter whereas increasing aridity results in higher contribution of aggregation to SOM stabilization. We will study above- and belowground litter decomposition and SOM stabilization by applying 13C-labelled litter (shoots and roots) of an annual herbaceous plant along the aridity gradient. To account for the spatial heterogeneity in vegetation cover, we include areas under shrubs and inter-shrub herbaceous patches. The use of stable isotopes allows us to monitor litter decomposition and follow SOM formation under conditions as natural as possible along the gradient. We will measure 13CO2 fluxes in the field and combine these data with the incorporation of the 13C tracer into SOM fractions obtained by density fractionation, EPS, and aggregate stability. This will provide insights into stabilization mechanisms of SOM as a function of aridity and vegetation cover. This field study will be combined with laboratory-based experiments for getting deeper insights into the importance of abiotic processes for litter decomposition. Our complementary approach will improve our understanding of the controls of litter decomposition and SOM stabilization in semi-arid regions. This study will strongly improve the scientific base for soil C and earth system models in drying climates. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140682

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/511741712 (Webseite)

Status

Aktiv

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