Langjährige Klimaexperimente zur Erforschung des alpinen Boden-Mikrobioms

Die schnell voranschreitende Erderwärmung führt zu einer starken Veränderung des Klimas der Schweizer Alpen und führt somit zu einer Anpassung des Bodenmikrobioms. Die Veränderung der Bodenmikrobiota aufgrund von wärmeren und trockeneren Bedingungen werden in diesem Projekt mittels drei verschiedenen Langzeitexperimenten erforscht.

Gebirgsumgebungen weisen über kurze räumliche Skalen hinweg starke mikroklimatische Gradienten auf. Solche Gradienten können in einem Boden-Transplantationsansatz genutzt werden, um die Erwärmung zu simulieren. Dabei gilt die Annahme, dass wärmere Standorte die zukünftigen Bedingungen für kältere Standorte darstellen. Ein weiterer Ansatz ist die Steuerung von Temperatur und Niederschlag mittels einfachen Konstruktionen um den Klimawandel lokal zu simulieren und erforschen.

Standort: Gletschervorfeld des Dammagletschers, UR

Neu freigelegter Boden aufgrund des Rückzugs des Dammagletschers wird schnell von Mikroorganismen besiedelt. Bakterien und Pilze spielen eine wichtige Rolle bei der Bodenbildung und bilden die Grundlage für die weitere Entwicklung des Ökosystems. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf diese mikrobiellen Gemeinschaften zu untersuchen, wird ein Langzeit-Feldexperiment (Start: 2014) durchgeführt, bei dem mittels offenen Kammern (OTCs) und überdachten Parzellen ein Temperaturanstieg (ca. 2°C) bzw. eine Verringerung des Niederschlags (ca. 30% weniger Niederschlag) simuliert wird. Über mehrere Jahre hinweg wird die Bodentemperatur und -feuchte gemessen sowie die Vegetationsdecke untersucht. Zusätzlich wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Diversität bestimmt und deren Aktivität durch Treibhausgasemissionen des Bodens gemessen.

Standort: Muot da Barba Peider, Schafberg oberhalb Pontresina, GR, 2960 m.ü.M.

Der alpine Dauerfrostboden (Permafrost) in den Schweizer Alpen taut aufgrund der globalen Erwärmung weitgehend auf. Erhöhte Bodentemperatur und -feuchtigkeit sowie eine grössere Verfügbarkeit von Kohlenstoff und Nährstoffen im Boden werden voraussichtlich das Wachstum des Permafrost-Mikrobioms ankurbeln. Als Folge dieser Veränderungen werden die mikrobielle Vielfalt im Boden und die mikrobiell vermittelten Bodenprozesse beeinflusst, die die Rückkopplungen zwischen Boden und Klima im Gebirge (z.B. CO₂-Flüsse) steuern. Um die klimatischen Veränderungen auf Permafrost und daraus folgende Auswirkungen gezielt zu erforschen, wurde 2016 Permafrost aus einer Tiefe von 160 cm in den Oberboden (0 - 15 cm) eingesetzt. Jährliche Beprobungen offenbaren einen Wandel der mikrobiellen Diversität und Aktivität und gewähren einen Einblick in zukünftige Veränderungen des alpinen Permafrost-Mikrobioms.

Standort: Piz Plazèr, Mot dal Gajer und Mot da l’Hom im Val S-carl, GR

Im alpinen Lebensraum machen sich die Auswirkungen des Klimawandels zunehmend bemerkbar. Vegetationsmuster verändern sich und auch die Ökologie von Bodenlebewesen, die entscheidend an globalen Stoffkreisläufen beteiligt sind, hängt stark von der Temperatur ab. In einem Bodenverpflanzungs-Experiment auf Berggipfeln im Val S-carl ausserhalb des Nationalparks wird untersucht, wie sich Erwärmung auf das Bodenmikrobiom auswirkt. Wir machen uns dabei die Tatsache zunutze, dass die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Diesen räumlichen Temperaturgradienten nutzen wir als Stellvertreter für die Temperaturänderungen, die in den kommenden Jahrzehnten während des Klimawandels eintreten dürften. Der Unterschied in der Bodentemperatur zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Gipfel beträgt in der schneefreien Saison ca. 5°C – ähnlich der erwarteten Erwärmung am Ende des 21. Jahrhunderts. Während 10 Jahren (Start: 2016) wird nun jährlich die Zusammensetzung des Bodenmikrobioms mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung untersucht. Unter der Voraussetzung, dass die mikrobielle Diversität vorwiegend durch die Temperatur bestimmt wird, wäre somit zu erwarten, dass sich die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft der hohen Standorte bei einer Erwärmung derjenigen der niedrigeren Standorte angleicht.