Hernieuwing van microbiele netwerken vermindert langdurige koolstofemissies in de bodem door opwarming, blijkt uit tienjarige studie

Structuur van het onderzoek naar de impact van langdurige opwarming op de microbiele CUE.

Grondstoffen stoten jaarlijks ongeveer 40-60 petagram (Pg) koolstof uit in de atmosfeer door middel van microbieel metabolisme. Verwacht wordt dat klimaatopwarming de bodemmicrobiële ademhaling verder zal versterken, wat positieve koolstof-klimaat feedbacklussen intensifieert. Het blijft echter onduidelijk of deze feedback na verloop van jaren zou kunnen verzwakken.

Om deze vraag te onderzoeken, heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Liu Juxiu van de Zuid-Chinese Botanische Tuin van de Chinese Academie van Wetenschappen een tien jaar durende studie uitgevoerd. Deze studie onthulde een tot nu toe niet herkende buffermechanisme in subtropische bosbodems dat de effecten van klimaatopwarming verzacht.

Het team ontdekte dat onder langdurige opwarming de bodemmicrobiële gemeenschappen fundamentele reorganisatie ondergaan, waardoor stabielere netwerken worden gevormd die koolstof efficiënter gebruiken, wat leidt tot een vermindering van de koolstofuitstoot naar de atmosfeer.

De bevindingen, gepubliceerd in Science Advances op 12 november, dagen de huidige klimaatmodelvoorspellingen uit door aan te tonen dat de initiële piek in koolstofuitstoot van verwarmde bodems in de loop van de tijd afneemt, terwijl het microbieel koolstofmetabolisme zich thermisch aanpast.

“Wat we hebben waargenomen is de verfijnde reactie van de natuur op milieustress,” zei prof. Liu. “Microbiële gemeenschappen zijn niet passief; ze herstructureren actief hun interacties om de stabiliteit van het ecosysteem te behouden te midden van veranderende omstandigheden.”

De onderzoekers toonden aan dat de efficiëntie van het microbieel koolstofgebruik (de fractie van gemetaboliseerde koolstof die aan microbieel groeien wordt toegewezen) positief gecorreleerd raakte met de bodemtemperatuur na een decennium van opwarming. Dit staat in contrast met de eerder voorspelde negatieve thermische respons.

Verrassend genoeg werd deze verschuiving niet gedreven door veranderingen in microbiële diversiteit, maar door een herstructurering van de microbiële gemeenschap naar meer stabiele netwerken. Deze netwerken worden gedomineerd door langzaam groeiende, efficiënte micro-organismen (K-strategen), wat de thermische aanpassing van het microbieel metabolisme bevordert. Hierdoor keerden microbiële ademhaling en groei terug naar niveaus die vergelijkbaar zijn met die van niet verwarmde bodems, wat gedeeltelijk de initiële koolstofverliezen compenseert.

De bevindingen hebben implicaties voor klimaatmodellering en ecosysteembeheer. De onderzoekers opmerkten dat huidige aardmodellen, waarvan velen vaste waarden voor microbieel koolstofgebruik veronderstellen, de langdurige koolstofverliezen van de bodem kunnen overschatten. Het integreren van dynamiek in microbiële netwerken en thermische aanpassingsprocessen in deze modellen kan de voorspellende nauwkeurigheid verbeteren.

De studie suggereert ook dat strategieën zoals microbieel inoculatie of andere beheersmaatregelen om de stabiliteit van de bodemmicrobiële gemeenschap te verbeteren, ontwikkeld kunnen worden om de veerkracht van bossen tegen klimaatverandering te vergroten.

Echter, de onderzoekers gaven aan dat deze buffercapaciteit niet onbeperkt is. “De positieve plantengroei-reactie die we observeerden, zal mogelijk niet optreden in laagland tropische bossen, waar de temperaturen al hoger zijn,” zei adjunct-professor Zhou Shuyidan, een andere co-eerste auteur van de studie. “Bovendien kan door opwarming veroorzaakte droogte de capaciteit van de microbiële gemeenschap voor metabolische thermische aanpassing verzwakken of zelfs verstoren.”

Bovendien benadrukt de studie dat hoewel subtropische bosbodems een intrinsieke buffercapaciteit tegen klimaatopwarming bezitten, deze veerkracht grenzen heeft. Onder intensievere opwarmingsscenario’s zou deze biologische buffer overweldigd kunnen raken.

Deze studie biedt nieuwe inzichten voor het verfijnen van klimaatmodellen en het ontwikkelen van natuurgebaseerde oplossingen om klimaatverandering aan te pakken.