Ecosistemele terestre din întreaga lume sunt expuse la CO2 atmosferic ridicat, provocând creșterea temperaturilor și evenimente mai frecvente și intense de secetă și precipitații. Aceste schimbări au implicații puternice pentru ciclismul biogeochimic și funcționarea ecosistemelor terestre. Înțelegerea mecanismelor care controlează răspunsul plantelor și al biotei solului la schimbările climatice este, prin urmare, esențială pentru a prezice reacțiile potențiale ale ecosistemelor terestre la scenariile climatice viitoare.

Adunarea Generală

Scopul acestei sesiuni este de a lega cunoștințele diferitelor discipline pentru a elucida mecanismele și feedback-urile multi-scară care stau la baza răspunsului biogeochimic la schimbările climatice, cu accent pe încălzirea, seceta și dinamica de uscare-reumectare. Această sesiune va oferi o imagine de ansamblu largă a studiilor empirice și de modelare la diferite scări, luând în considerare modul în care schimbările climatice afectează biogeochimia terestră și interacțiunile dintre sol, microorganisme, plante și faună. Se va acorda atenție mecanismelor de rezistență sau de adaptare a plantelor și a biotei solului în timpul tulburărilor de mediu unice sau repetate, precum și rezistenței și dinamicii de recuperare temporală asociate după o perturbare. Vom reuni cercetători din medii diferite și vom crea o platformă de discuții pentru a revizui stadiul actual al tehnicii, pentru a identifica lipsurile de cunoștințe, pentru a împărtăși idei și pentru a aborda noile provocări în domeniu.

Fișiere pentru descărcare

Ora conversației: joi, 7 mai 2020, 16: 15–18: 00

Cum se citează: Malik, A., Griffiths, R. și Allison, S.: Legarea comunităților microbiene de ciclul carbonului din sol sub schimbări antropice folosind un cadru bazat pe trăsături, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-8424, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-8424, 2020

Seceta este un factor de stres comun pentru organismele din sol. Un mecanism adaptiv este „amorsarea stresului”, abilitatea de a face față unui stres sever („declanșator”) prin păstrarea unei memorii dintr-un eveniment anterior de stres ușor („amorsare”). În timp ce plantele au fost investigate în detaliu pentru memoria secetei, sunt disponibile doar informații despre sperietură pentru ciupercile solului filamentos și implicațiile sale pentru comunitățile microbiene ale solului. Am investigat potențialul de amorsare a stresului indusă de secetă asupra speciilor individuale, precum și efectul acesteia asupra comunităților microbiene din orizonturile A din pădure. Au fost efectuate experimente pe loturi cu 4 tratamente: expunerea la amorsare și/sau declanșare, precum și controale nestresate. Un stres de amorsare a fost cauzat de desicarea pF 4. Probele au fost apoi reumectate și după un timp de recuperare de până la 14 zile declanșate (pF 6). După declanșare, au fost analizate biomasa și activitatea microbiană, precum și comunitățile microbiene prin secvențierea ADNr.

Unele ciuperci filamentoase prezintă potențialul de amorsare a stresului indus de secetă, ceea ce duce la creșterea ratei de supraviețuire și a activității în caz de stres sever. Cu toate acestea, efectul pare a fi specii specifice cu impact potențial ridicat asupra compoziției și activității comunităților microbiene, având în vedere creșterea preconizată a evenimentelor de secetă. Mai ales receptivi la amorsarea stresului par a fi specii din clasele fungice Mortierellomycetes, Pezizomycetes și Tremellomycetes. Schimbări în compozițiile comunității microbiene ar putea fi observate în unele cazuri ca răspuns la amorsarea stresului. În general, natura răspunsului depinde de compoziția originală a comunității microbiene și de apariția unui eveniment declanșator ulterior. De exemplu, speciile care investesc cantități mari de resurse în starea inițiativă predomină doar dacă are loc o declanșare (în special remarcabilă a fost Byssonectria fusispora).

Cum se citează: Guhr, A.: Memoria stresului de secetă în ciupercile solului filamentos, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-8695, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-8695, 2020

Acordul climatic de la Paris continuă eforturi pentru a limita creșterea temperaturii globale la sub 2 ° C peste nivelul pre-industrial. Consecința generală a încălzirii relativ ușoare (

În ciuda eforturilor intensificate de a înțelege impactul schimbărilor climatice asupra dinamicii solului C din pădure, puține studii au abordat efectele pe termen lung ale încălzirii asupra solului C mediat microbial și a proceselor nutritive. În cele câteva experimente pe termen lung de încălzire a solului, stimularea inițială a ciclului solului C s-a diminuat cu timpul, datorită aclimatizării termice a comunității microbiene sau datorită epuizării solului C labil ca substrat major pentru microbii heterotrofi ai solului. Aclimatizarea termică poate apărea ca o consecință a încălzirii prelungite și este definită ca răspunsul direct al organismului la o temperatură ridicată pe scări de timp anuale până la decenale, care se manifestă ca o schimbare fiziologică a comunității microbiene a solului. Acest mecanism este clar diferit de aparenta aclimatizare termică, unde răspunsul atenuat al proceselor microbiene ale solului la încălzire se datorează epuizării bazinului C labil din sol.

Cum se citează: Urbina Malo, C., Tian, ​​Y., Shi, C., Zhang, S., Heitger, M., Kwatcho, S., Borken, W., Heinzle, J., Schindlbacher, A. și Wanek, W.: Efectul încălzirii solului forestier asupra vitezei și sensibilității la temperatură a proceselor microbiene C și N într-o pădure montană temperată, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-11631, https: // doi .org/10.5194/egusphere-egu2020-11631, 2020

Cum se citează: March, R., Paardekooper, M., Timmermans, J., Huisman, C., van der Aa, M., Chen, Q., Corbin, A. și van Bodegom, P.: Efectul secetei asupra funcționalității trăsături și diversitate în Douglas Brad: instantanee înainte, în timpul și după vara anului 2018 secetă europeană, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-21256, https://doi.org/10.5194/egusphere- egu2020-21256, 2020

Cum se citează: Hessilt, T., Lyberth Hauptmann, D. și Riis Christiansen, J.: Răspunsul respirației heterotrofe și oxidarea CH4 atmosferică la modificările umidității și temperaturii solului în zonele uscate într-un gradient global al climatului și al ecosistemului, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-18064, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-18064, 2020

Impulsurile de respirație la reumectare sunt caracteristici proeminente ale răspunsurilor solului la fluctuațiile de umiditate ale solului. Aceste impulsuri sunt mult mai mari comparativ cu ratele de respirație în condiții de umiditate constantă a solului, indicând variații ale disponibilității apei ca factori determinanți ai producției sporite de CO2. Mai mult, impulsurile de respirație tind să fie mai mari atunci când umiditatea solului înainte de reumectare este mai mică. Astfel, atât umiditatea solului pre-precipitații, cât și variația umidității solului controlează dimensiunea pulsului de respirație. În timp ce aceste tipare sunt cunoscute din studiile empirice, modelele s-au străduit să capteze relațiile dintre proprietățile statistice ale precipitațiilor (frecvența apariției și adâncimile evenimentelor de ploaie) și apariția și dimensiunea impulsurilor de respirație, încadrând sfera acestei contribuții. În mod specific, ne întrebăm - cum sunt proprietățile statistice ale impulsurilor de respirație legate de statisticile privind precipitațiile?

Deoarece precipitațiile pot fi considerate ca un proces stocastic de generare a variațiilor de umiditate a solului, de asemenea impulsurile de respirație la reumectare pot fi modelate printr-un model probabilistic. Aici dezvoltăm un astfel de model bazat pe premise că precipitațiile pot fi descrise ca un proces Poisson marcat și că impulsurile de respirație cresc odată cu creșterea variațiilor de umiditate a solului (adică impulsuri mai mari după evenimente de ploaie mai mari) și scăderea umidității solului înainte de ploaie ( adică impulsuri mai mari după o perioadă lungă de uscare). Acest model oferă relații analitice între proprietățile statistice ale respirației solului (de exemplu, media pe termen lung și deviația standard) și cele ale precipitațiilor, permițând să studieze într-un cadru probabilistic modul în care respirația variază de-a lungul gradienților climatici existenți sau ca răspuns la schimbările climatice care afectează statistici privind precipitațiile.

Rezultatele arată că producția medie de CO2 pe termen lung în timpul impulsurilor de respirație crește odată cu creșterea frecvenței și adâncimii evenimentelor de precipitații. Cu toate acestea, contribuția relativă a pulsurilor respiratorii la respirația microbiană totală scade odată cu frecvența și adâncimea ploilor. În mod similar, variabilitatea mărimii impulsurilor de respirație, măsurată prin abaterea standard a acestora, scade odată cu creșterea frecvenței și adâncimii ploilor. În consecință, schimbările climatice care exacerbează intermitența precipitațiilor - perioade mai lungi de uscare și evenimente de ploaie mai intense - sunt prezise pentru a crește atât contribuția relativă a impulsurilor de respirație la respirația microbiană totală, cât și variabilitatea dimensiunilor pulsului.

Cum se citează: Manzoni, S., Chakrawal, A., Fischer, T., Porporato, A. și Vico, G.: Modelarea impulsurilor de respirație la reumectare ca proces stocastic, Adunarea Generală EGU 2020, Online, 4-8 mai 2020, EGU2020 -3736, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-3736, 2020

Ciclurile biogeochimice terestre sunt reglementate de microorganismele solului. Eliberarea microbiană de carbon datorată respirației și sechestrării carbonului prin creșterea microbiană determină dacă solurile devin surse sau chiuvete pentru carbon. Temperatura este unul dintre cei mai importanți factori de mediu care controlează atât creșterea microbiană, cât și respirația. Prin urmare, este crucial să înțelegem influența temperaturii asupra proceselor microbiene. O strategie pentru a prezice modul în care ecosistemele vor răspunde la încălzire este utilizarea diferențelor geografice ale ecosistemului, în abordările de substituție spațiu-timp (SFT). Am emis ipoteza (1) că microbii ar trebui să fie adaptați la temperatura lor de mediu, ducând la comunități microbiene cu relații de temperatură schimbate la cald în medii mai calde și invers. Mai mult, am emis ipoteza (2) că alți factori nu ar trebui să influențeze relațiile de temperatură microbiană și (3) că sensibilitatea la temperatură a proceselor microbiene (Q10) ar trebui legată de relațiile de temperatură microbiană.

În acest proiect, am investigat efectele temperaturii mediului asupra relațiilor de temperatură microbiană pentru creșterea și respirația microbiană de-a lungul unui gradient natural al climei de-a lungul unui transect în Europa pentru a prezice impactul unui climat de încălzire. Transectul a fost caracterizat de o temperatură medie anuală (MAT) variind de la - 4 grade Celsius (Groenlanda) la 18 grade Celsius (sudul Spaniei), în timp ce alte game de factori de mediu au fost largi și nu au legătură cu clima, inclusiv pH de la 4,0 la 8,8, C/Raportul N de la 7 la 50, SOM de la 4% la 94% și comunitățile de plante variind de la tundra arctică la pajiștile mediteraneene. Au fost analizate peste 56 de probe de sol și s-au determinat relațiile de temperatură microbiană folosind incubări de laborator pe termen scurt controlate de la 0 grade Celsius la 45 grade Celsius. Legătura dintre relația de temperatură microbiană și climă a fost evaluată utilizând relația dintre temperatura mediului și indicii pentru relațiile de temperatură microbiană, inclusiv temperatura minimă (Tmin), optimă (Topt) și maximă (Tmax) pentru creșterea microbiană, precum și pentru respirație. Pentru a estima Tmin, Topt și Tmax ecuația rădăcinii pătrate, a fost utilizat modelul Ratkowsky.

Am constatat că comunitățile microbiene au fost adaptate la temperatura lor de mediu. Relația de temperatură microbiană a fost mai puternică pentru creșterea microbiană decât pentru respirație. Pentru creșterea de 1 grade Celsius în MAT, Tmin a crescut cu 0,22 grade Celsius pentru bacterii și 0,28 grade Celsius pentru creșterea fungică, în timp ce Tmin pentru respirație a crescut cu 0,16 la 1 grade Celsius. De asemenea, s-a constatat că Tmin este universal legat de Q10, astfel încât Tmin mai mare a dus la Q10 mai mare. Alți factori de mediu (pH, raport C/N, SOM, acoperirea vegetației) nu au influențat relațiile de temperatură. Prin încorporarea relațiilor determinate dintre temperatura mediului și creșterea microbiană și respirație în modele ecosistemice la scară largă, putem obține o mai bună înțelegere a influenței adaptării microbiene la un climat mai cald asupra schimbului de C între soluri și atmosferă.

Cum se citează: Tajmel, D., Cruz Paredes, C. și Rousk, J.: Se adaptează comunitățile microbiene la temperatura climatului lor?, Adunarea Generală EGU 2020, online, 4-8 mai 2020, EGU2020-776, https: // doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-776, 2019

Activitățile umane au provocat încălzirea globală cu 0,95 ° C de la revoluția industrială, iar temperaturile medii din Austria au crescut cu aproape 2 ° C începând cu 1880. Temperaturile medii globale crescute au accelerat ciclul carbonului (C), dar și pentru a promova azotul (N) și dinamica fosforului (P) în ecosistemele terestre. Cu toate acestea, amploarea creșterilor induse de încălzire în procesele C, N și P ale solului poate diferi, provocând o eventuală decuplare a ciclurilor biogeochimice C, N și P, ducând la modificarea dezechilibrelor elementare între resursele disponibile ale plantelor și solului și comunitățile microbiene ale solului. Dinamica modificată a solului C și disponibilitatea nutrienților cauzată de creșterea temperaturii solului ar putea schimba elementul care limitează creșterea pentru microorganismele solului, cu repercusiuni puternice asupra descompunerii, mineralizării și sechestrării C organice și a nutrienților. Acesta din urmă se referă la ciclul conservator al elementelor limitative, în timp ce elementele în exces sunt mineralizate și eliberate la rate mai mari de către comunitățile microbiene.

În ciuda numeroaselor studii de laborator și in situ care investighează factorii care limitează activitatea microbiană a solului, cei mai mulți dintre ei au explorat efectele adăugării de nutrienți asupra respirației solului sau a activităților enzimei solului. Cu toate acestea, o evaluare critică a indicat în mod clar inadecvarea acestor măsuri pentru a deduce nutrienții care limitează creșterea pentru microbii solului. Similar studiilor privind limitarea nutrienților plantelor, evaluarea fără echivoc a limitării elementelor microbiene din sol poate fi derivată numai din răspunsul creșterii microbiene la modificările elementelor. Din câte știm, acest lucru nu a fost efectuat pe solurile care se încălzesc pe termen lung.