Oude samenwerking tussen houtachtige planten en microben biedt mogelijkheden voor de bescherming van waardevolle veengebieden

Diagram van klimaatgedreven uitbreiding van houtachtige planten in veengebieden en de effecten op de samenstelling van veenorganisch materiaal, microbieel metabolisme en koolstofaccumulatie.

Naarmate het klimaat opwarmt en regionale droogte vaker voorkomt, worden veengebieden – enkele van de belangrijkste koolstofputten van de aarde – steeds meer bedreigd. Maar een studie onder leiding van een internationaal team, inclusief wetenschappers van de Universiteit van Bristol, heeft aangetoond dat veengecosystemen mogelijk een natuurlijke verdediging hebben door de gecombineerde krachten van plantveranderingen en microben.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, toont aan dat tijdens historische droogteperiodes de groei van houtachtige planten in een subtropisch Chinees veengebied de kwaliteit van organisch materiaal verbeterde en de afbrekende microbieel activiteit onderdrukte. Deze samenwerking tussen planten en microben hielp de koolstofvoorraden te beschermen op een moment dat ze anders mogelijk aan de atmosfeer verloren zouden gaan.

Hoofdonderzoeker Dr. Yiming Zhang, senior onderzoeker aan de Universiteit van Bristol, zei: “Houtachtige planten overleefden niet alleen in een droger klimaat – ze hielpen de veengebieden veerkrachtiger te maken. Hun bijdragen maakten het veen chemisch resistenter tegen afbraak, en als reactie daarop pasten microben hun metabolisme aan, waardoor de snelheid van koolstofverlies verminderde. Het is een verrassende natuurlijke feedback waarvan we eerder niet volledig bewust waren.”

Met behulp van een combinatie van macrofossielanalyse van planten, microbieel lipid biomarkertechnieken en specifieke koolstof- en waterstofisotooptechnieken, reconstrueerde het team de afgelopen 14.000 jaar van ecologische verandering in het Zhaogongting veengebied in Zuid-China.

De onderzoekers ontdekten dat tijdens een mid-holocene droogteperiode, die zich 8.000 tot 6.000 jaar geleden voordoet, houtachtige planten zich snel verspreidden, gras vervangend terwijl ze tegelijkertijd coëxisteerden met mossen. Deze verschuiving in vegetatie veranderde de samenstelling van het veenorganisch materiaal. Koolhydraten werden minder overvloedig, terwijl aromatische verbindingen toenamen, wat resulteerde in een overgang naar een moeilijker afbreekbare koolstofpool.

Als reactie daarop vertoonden microbieel gemeenschappen tekenen van onderdrukte heterotrofe activiteit (waarbij een organisme organisch materiaal van andere planten of dieren eet voor energie en voedingsstoffen) en verschoof mogelijk naar meer autotrofische (waarbij een organisme zijn eigen voedsel maakt) metabolisme.

De bevindingen toonden aan dat deze gecombineerde veranderingen bijdroegen aan een opmerkelijke piek in koolstofaccumulatie tijdens de droogteperiode, met tarieven die bijna drie keer hoger waren dan in andere perioden.

Co-auteur Prof. Rich Pancost, hoogleraar biogeochemie aan de Universiteit van Bristol Cabot Institute for the Environment, zei: “Vegetatie in veengebieden is zeer kwetsbaar voor klimaatverandering. Dit onderzoek onthult hoe dat een significante invloed kan hebben op de samenstelling van organisch materiaal en de reactiviteit ervan. Dit onthult op zijn beurt de complexiteit van de positieve en negatieve feedbacks tussen klimaatverandering, ecologische reacties en koolstofcyclus.”

Co-auteur Prof. Angela Gallego-Sala, biogeochemicus aan de Universiteit van Exeter, voegde toe: “We weten dat veengebieden veerkrachtige ecosystemen zijn die al millennia bestaan, met enkele echt unieke ingebouwde hydro-ecologische feedbacks. Maar dit onderzoek presenteert bewijs van een nieuw, voorheen onbekend proces dat veengebieden beschermt onder warmere, drogere omstandigheden, met belangrijke implicaties voor het lot van veengebieden onder de huidige klimaatverandering.”

De studie benadrukt echter ook dat het waarschijnlijk is dat deze beschermende plant-microbe feedback grenzen heeft. Dr. Zhang, die dit onderzoek ook uitvoerde in zijn vorige rol als postdoctoraal onderzoeker aan de China University of Geosciences in Wuhan, zei: “De uitbreiding van houtachtige planten verhoogt niet oneindig de koolstofopslag en er kunnen ecologische drempels zijn waarboven veengebieden verschuiven naar fundamenteel verschillende ecosystemen, wat mogelijk leidt tot een hernieuwd koolstofverlies.”

Verdere onderzoeken zijn nodig om beter te begrijpen hoe veengecosystemen reageren op klimaatgedreven transities, vooral in de tropen en in gedegradeerde landschappen. Het Climate, Energy and Carbon in the Earth System (CERES) team, onder leiding van Prof. Rich Pancost, onderzoekt hoe microbieel processen en koolstofcyclus functioneren in deze kwetsbare systemen.