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Microbial activity responses to long- and short-term warming in subarctic grassland soils
Thayer Lathrop Taft
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions
Betreuer*in
Christina Kaiser
DOI
10.25365/thesis.78137
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16188.65576.646074-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Böden sind der größte terrestrische Kohlenstoffspeicher und enthalten mehr Kohlenstoff als Vegetation und die Atmosphäre zusammen. Dementsprechend hat der Austausch von Kohlenstoff zwischen Boden und Atmosphäre einen wichtigen Einfluss auf den Treibhauseffekt. Es wird erwartet, dass die Klimaerwärmung zu massiven Verlusten von Kohlenstoff aus dem Boden führen wird, da die mikrobielle Respiration mit steigenden Temperaturen zunimmt. Studien zeigen jedoch, dass diese Steigerung typischerweise nur kurzfristig anhält, und die Respiration schließlich auf das vorherige Niveau zurückkehrt. Zwei führende Hypothesen erklären den kurzfristigen Charakter der durch Erwärmung gesteigerten Respiration: (i) Beschleunigte mikrobielle Aktivität führt zu einem schnelleren Verbrauch des verfügbaren Kohlenstoffes, was die mikrobielle Aktivität einschränkt, oder (ii) Anpassung an die Temperatur, wobei die biomassespezifische Respiration und das biomassespezifische Wachstum bei Mikroben in langfristig erwärmten Böden gesenkt sind. Die aktuelle Forschungslage ist uneindeutig, und verschiedene Studien liefern Nachweise für beide Hypothesen. Diese Studie untersuchte Respiration und Wachstum bei einem langfristig geothermisch erwärmten Forschungsstandort in Island. Die Gesamtrespirationsrate war in langfristig erwärmten Böden höher als in nicht erwärmten Böden, die bei der gleichen Temperatur inkubiert wurden. Im Gegensatz dazu war die massespezifische Respiration ähnlich zwischen erwärmten und nicht erwärmten Böden. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass Kohlenstoffverluste -- und nicht thermische Anpassung -- die verminderte Gesamtrespiration verursachen. Zudem war das massespezifische Wachstum höher in langfristig erwärmten Böden als in nicht erwärmten Böden, was auf Anpassungen hinweist, die die mikrobielle Aktivität steigern. Erwärmte Böden weisen auch veränderte mikrobielle Gemeinschaften auf, beispielsweise eine verringerte relative Biomasse gramnegativer Bakterien. Unterschiede zwischen den Wachstumsreaktionen verschiedener Taxa, gemessen durch den Deuterium-Einbau in Phospholipid-Fettsäuren, deuten darauf hin, dass die Temperatur eine direkte und unmittelbare Auswirkung auf die Zusammensetzung und das Wachstum der mikrobiellen Gemeinschaft hat. Diese Ergebnisse bieten Einblicke in die Auswirkung erhöhter Temperaturen auf Böden über verschieden Zeitskalen hinweg und verdeutlichen die Komplexität dieser Klimarückkopplung.
Abstract
(Englisch)
Soil is the largest terrestrial carbon store, exceeding vegetation and atmospheric carbon combined. As such, the exchange of carbon between soil and atmosphere is a major control for the greenhouse gas effect. Warming is expected to cause large-scale soil carbon losses as soil respiration increases following warming. However, studies have found that this increase in respiration is typically only short-term, with respiration rate eventually returning to pre-warming levels. Two main hypotheses explain the short-term nature of thermal respiration increases: (i) The supply of labile carbon declines following increased microbial activity and becomes a limiting factor, or (ii) thermal adaptation, in which soil microbes exposed to long-term warming have lower mass-specific growth and respiration rates than microbes in soils at ambient temperatures. The current body of literature is inconclusive, with evidence in support of both hypotheses. This study examined microbial respiration and growth rates at a long-term geothermal warming site in Iceland. Total respiration rate was higher in long-term warmed soils than in ambient soils incubated at the same temperature. However, mass-specific respiration rate was similar between ambient and warmed soils, suggesting that carbon losses, and not thermal adaptation, were responsible for long-term reduction in total respiration. Furthermore, mass-specific growth rates were higher in long-term warmed soils than ambient soils, suggesting adaptations which allowed for enhanced microbial activity. Warmed soils exhibited changes in microbial communities, including decreasing relative biomass of gram-negative bacteria. Differences between the growth responses of specific taxonomic groups, as measured by deuterium incorporation into phospholipid fatty acids, indicate that temperature has a direct and immediate effect on community composition and growth. These results contribute to our understanding of warming’s impacts on soil microbial communities across timescales and highlight the complexity of this climate feedback.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Klimawandel subpolares Grasland polare Verstärkung mikrobielles Wachstum mikrobielle Respiration organische Bodensubstanz Deuterierung Phospholipid-Fettsäuren GC-IRMS thermische Anpassung
Schlagwörter
(Englisch)
climate change subpolar grassland polar amplification microbial growth microbial respiration soil organic matter deuterium labelling phospholipid fatty acids GC-IRMS thermal adaptation
Autor*innen
Thayer Lathrop Taft
Haupttitel (Englisch)
Microbial activity responses to long- and short-term warming in subarctic grassland soils
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
82 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christina Kaiser
Klassifikation
42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie
AC Nummer
AC17485194
Utheses ID
75297
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |