Ein Buchenwald als Öko-Labor
CO2 von Mikroorganismen
Mikroorganismen setzen jedes Jahr etwa 60 Gigatonnen Kohlenstoff durch
den Abbau von organischem Material frei. Sie sind damit eine der Hauptquellen
von CO2 für unsere Atmosphäre. Ein Forschungsprojekt am Department
für Chemische Ökologie und Ökosystemforschung untersucht
die dahinter liegenden Prozesse und deren Verursacher. Freiland- und
Laborversuche sollen klären, wie sich der Anstieg der Stickstoffkonzentration
in Böden auswirkt.
Mit speziellen Messkammern wird der Ausstoß von
Kohlendioxid, Stickoxiden und Methan gemessen. Eigentlich ist es als Nullsummenspiel geplant:
Pflanzen binden durch Photosynthese Kohlendioxid (CO2) aus der Luft,
Mikroorganismen setzen diesen Kohlenstoff in gleichem Maße durch den Abbau von organischem
Material wieder frei. Was in der Theorie funktioniert, sieht in der
Praxis freilich anders aus. Die Konzentration des Treibhausgases CO2
in der Atmosphäre steigt und steigt. Schuld ist wie so oft der
Störfaktor Mensch. Für einen guten Teil des CO2-Anstiegs
ist die Verbrennung von fossilen Energieträgern verantwortlich.
Ein Buchenwald bei Klausenleopoldsdorf
(NÖ) wird zum Freiluftlabor umfunktioniert.
Anteil an Stickstoff
im Boden gestiegen
Denn durch Verbrennung entstehen auch Stickoxide. Diese und intensive
landwirtschaftliche Düngung haben zu einem Anstieg der Stickstoffkonzentration
in terrestrischen Ökosystemen beigetragen. Ein Nebeneffekt, der
meist übersehen wird, meint Ao. Univ.-Prof. Dr. Andreas Richter
vom Department für Chemische Ökologie und Ökosystemforschung: „Stickstoff
ist neben Phosphor einer der wichtigsten Nährstoffe, die Mikroorganismen
zum Abbau von Kohlenstoff benötigen.“ Vom Verhältnis
dieser Nährstoffe zu Kohlenstoff hängt es letztlich ab, wie
viel Kohlenstoff abgebaut und somit in Form von CO2 freigesetzt oder
in Böden gespeichert wird.
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Ao. Univ.-Prof. Dr.
Andreas Richter, Biologe |
»Vieles ist nach wie vor
unklar«
„Vieles über die Kontrolle dieser Abbauprozesse im Boden
ist nach wie vor unklar“, sagt Prof. Richter, „warum zum
Beispiel manche Böden Kohlenstoff senken, andere wiederum Quellen
sein können.
Unter der Leitung des Ökologen wollen WissenschafterInnen der
Universität Wien, der Austrian Research Centers Seibersdorf (Dr.
Angela Sessitsch, Dr. Evelyn Hackl) und des Bundesamtes für Wald
(Dr. Sophie Zechmeister) den ausschlaggebenden Faktoren auf den Grund
gehen.
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Nährstoffe beeinflussen
Artenzusammensetzung
„Wie bei Pflanzen ändert sich die Artenzusammensetzung der
mikrobiellen Gemeinschaft, wenn sich die Nährstoffverhältnisse
im Boden verändern“, ergänzt Projektmitarbeiterin Mag.
Christina Kaiser. „Und dadurch, dass bestimmte Arten bestimmte
Funktionen ausüben, können sich somit die Abbauprozesse verändern.“ Nicht
immer hat jedoch dabei eine steigende Stickstoffkonzentration auch
einen beschleunigten Abbauprozess zur Folge. Düngeexperimente
haben mitunter schon den gegenteiligen Effekt ergeben. Über das
Warum ist sich die Wissenschaft uneins.
Buchenwald als Labor
Sowohl Freiland als auch Laborversuche sollen klären, in welcher
Art und Weise sich eine Änderung der Nährstoffverhältnisse
auf Diversität und Physiologie der Bodenorganismen auswirkt. In
einem Buchenwald bei Klausenleopoldsdorf (Niederösterreich)
werden dafür gewissermaßen Effekte der vom Menschen bedingten
Umweltveränderungen vorweggenommen. Durch spezielle Versuchsanordnungen
simulieren Prof. Richter und seine KollegInnen einen erhöhten
Stickstoff- sowie einen verringerten Kohlenstoffeintrag in Böden.
Gemessen wird mit diesen Experimenten, wie sich dadurch der Ausstoß von
Kohlendioxid oder Methan verändert.
DNA-Analyse entlarvt
beteiligte Organismen
Zum Einsatz kommen sollen überdies neue molekularbiologische Analysetechniken. »Stable
Isotope Probing« heißt ein Verfahren, bei dem das stabile
Kohlenstoff-Isotop C13 als Markersubstanz eingesetzt wird. Mittels
Analysen von C13 in mikrobieller DNA erhoffen die ForscherInnen, jene Organismen
zu identifizieren, welche maßgeblich an den Abbauprozessen in
heimischen Böden beteiligt sind.
Besseres Verständnis durch differenziertes
Modell
„Ein Ziel ist es“, erläutert Prof. Richter, „unterschiedliche
funktionelle Gruppen innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaften auszumachen.“ Derzeit
werden Mikroorganismen für Berechnungen meist alle in einen
Topf geworfen. Was für den Ökologen einfach zu unpräzise
ist: „Wir haben zehntausende Arten im Boden, die viele und zum
Teil ganz unterschiedliche Funktionen erfüllen.“ Die Wiener
WissenschafterInnen planen deshalb ein differenzierteres Modell.
Es soll am Ende sowohl die Nährstoffverfügbarkeit im System
als auch die unterschiedlichen Funktionen der einzelnen mikrobiellen
Gruppen in sich vereinen.
Das vom FWF geförderte Projekt »Ressourcenlimitierung mikrobieller
Abbauprozesse in Böden« läuft bis Frühjahr 2009.
Info: Department für Chemische Ökologie und Ökosystemforschung
der Fakultät für Lebenswissenschaften.
http://www.ecosystem-research.net;
http//www.arcs.ac.at, http://bfw.ac.at
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