Klärung der Rolle von natürlichem organischem Material für Methan-produzierende und -verbrauchende mikrobielle Prozesse in nördlichen Moorgebieten

Description: Torfgebiete sind die größten Speicher für organischen Kohlenstoff auf der Erde. 80% der weltweiten Torfgebiete befinden sich auf der nördlichen Hemisphäre; daher stellen die nördlichen Torfgebiete die wichtigste natürliche Quelle für Treibhausgase (GHG) wie CH4 und CO2 dar. CH4 ist von besonderer Bedeutung, da es im Vergleich zu CO2 etwa 28-mal klimaschädlicher ist. Die Menge des von Mooren freigesetzten CH4 wird durch aerobe und anaerobe mikrobielle Prozesse bestimmt. Ein wenig untersuchter Teil des CH4-Kreislaufs in nördlichen Torfgebieten sind anaerobe CH4-oxidierende Prozesse (AOM). Insbesondere die erst kürzlich entdeckten AOM-Prozesse, die an die Reduktion organischer Elektronenakzeptoren wie natürlichem organischem Material (NOM) gekoppelt sind (NOM-abhängige AOM, NOM-AOM), wurden in diesen Gebieten noch nie untersucht, obwohl erhebliche Mengen an NOM und CH4-Emissionen in Torfgebieten parallel existieren. Deshalb möchten wir in diesem Projekt die Rolle von NOM für die CH4-Emissionen in die Atmosphäre über verschiedene Mechanismen der CH4-Produktion und der CH4-Oxidation bestimmen. Untersucht werden dabei NOM-Fraktionen, die in Stordalen (Abisko, Schweden), einem Modellstandort für von Permafrost betroffene nördliche Torfgebiete, vorhanden sind. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle der gelösten und partikulären Fraktionen von NOM (DOM und POM) für die Stimulierung oder Reduktion der Bildung und des Verbrauchs von CH4 in Mooren und kollabierenden Permafrost-Palsa-Gebieten zu untersuchen. Diese Standorte enthalten große Mengen an organischer Substanz und zeigen gleichzeitig erhebliche CH4-Emissionen. Im Arbeitspaket 1 (WP1) wird Torf vom Probenahmestandort entnommen und geochemische Parameter im Feld gemessen. Der beprobte Torf wird zur Isolierung von DOM- und POM-Fraktionen verwendet, um eine eingehende physikochemische Charakterisierung mit modernsten Analysetechniken durchzuführen, incl. DOC-/TOC-Messungen, FTIR und Messungen der Elektronenaustauschkapazität. Im WP2 werden Isotopen-Tracer-Experimente in Mikrokosmen durchgeführt, die mit Torf versetzt und mit isoliertem DOM oder POM angereichert sind, um deren Rolle bei der Stimulierung oder Unterdrückung der acetoklastischen und hydrogenotrophen Methanogenese sowie der Oxidation von CH4 durch NOM-AOM zu bestimmen. In WP3 werden die Identität und die relative Häufigkeit der Mikroorganismen, die an den untersuchten CH4-Cycling-Prozessen beteiligt sind, sowie die beteiligten funktionellen Gene mit Hilfe von DNA- und RNA-basierten molekularen Techniken wie 16S-Sequenzierung und Quantifizierung von Transkripten der Gene der Methanogenese und Methanotrophie analysiert. Wir verfolgen dabei die Hypothese, dass NOM in Permafrostgebieten je nach seinen Eigenschaften sowohl zur Emission von CH4 beitragen als auch diese abschwächen kann.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Methangärung ? Organischer Kohlenstoff ? Schweden ? Methanemission ? Moor ? Bodenkunde ? Methan ? Torf ? Globale Erwärmung ? Analyseverfahren ? Mikroorganismen ? Atmosphäre ? Permafrost ? Treibhausgas ? Soil Sciences ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Eberhard Karls Universität Tübingen (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-11

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Elucidating the role of natural organic matter in the methane producing and consuming microbial processes in northern peatlands
  Description: Peatlands are the largest reservoirs of organic carbon on Earth. 80% of the global peatland area is in the northern hemisphere; thus, northern peatlands constitute the primary natural source of carbon-based greenhouse gases (GHGs), such as CH4 and CO2. CH4 is of particular relevance, given that it possesses ~28 times the potential to cause global warming compared to CO2. The amount of CH4 released by peatlands is defined by aerobic and anaerobic microbial processes. An understudied part of the CH4 cycle in northern peatlands are anaerobic CH4-oxidizing processes (AOM) to mitigate CH4 emissions. Particularly, AOM processes of recent discovery, such as those dependent on the reduction of organic electron acceptors such as natural organic matter (NOM), namely NOM-dependent AOM (NOM-AOM), have never been studied in these sites despite the evidence showing significant amounts of NOM and CH4 emissions coexisting in peatland areas. Here we therefore developed a strategy to discern the role of NOM in determining the emission of CH4 towards the atmosphere by means of several mechanisms of CH4 production and consumption prompted by fractions of in-situ NOM found in the Stordalen mire (Abisko, Sweden), a model field site for permafrost-thaw affected northern peatlands. The overall goal of this proposal is to dissect the role of dissolved and particulate fractions of NOM (DOM and POM) in fueling or suppressing the production and consumption of CH4 in bog and collapsing palsa areas. Such sites have previously been detected as spots possessing significant amounts of organic matter coexisting with substantial CH4 emissions. In work package 1 (WP1), bulk peat will be collected together with in-situ geochemical data. The sampled peat will be used to isolate DOM and POM fractions, with the purpose of performing an in-depth physicochemical characterization employing state-of-the-art analytical techniques, including DOC and TOC determination, FTIR characterization, and electron exchange capacity measurements. In WP2, isotopic tracing experiments will be performed in microcosms inoculated with peat and enriched with isolated DOM or POM to discern their role in prompting or suppressing acetoclastic and hydrogenotrophic methanogenesis, as well as fueling the consumption of CH4 in NOM-AOM. In WP3, the identity and relative abundance of the microorganisms involved in the studied CH4-cycling processes, as well as the functional genes involved, will be analyzed by means of DNA- and RNA-based molecular techniques, such as 16S high-throughput sequencing and quantification of transcripts related to methanogenesis and methanotrophy. We foresee that depending on its physicochemical properties, NOM may both contribute but also mitigate the emission of CH4 in permafrost thaw affected peatlands. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140316

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/530188224 (Webseite)

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Aktiv

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