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Durch einen Wandel in der Art der Bodenbedeckung sowie deren Ausbreitung könnten sich wichtige Bodenfunktionen in diesem empfindlichen und sich schnell verändernden Ökosystem der Antarktis verändern. Die Charakterisierung der spezifischen Einflüsse verschiedener Bodenbedeckungstypen auf die darunterliegenden Böden könnte uns jedoch helfen, die Auswirkungen dieser zukünftigen Veränderungen besser zu verstehen.

Die übergeordnete Forschungsfrage unserer Studie war es zu vergleichen, wie Moose und Bodenkrusten auf Deception Island die Struktur und Aktivität der darunterliegenden mikrobiellen Gemeinschaften sowie die chemische Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz beeinflussen. Zusätzlich untersuchten wir die Möglichkeit von artspezifischen Effekten zweier verbreiteter Moosarten. Artspezifischen Effekte auf bestimmte Bodenfunktionen sind zwar bei Gefäßpflanzen weitgehend anerkannt, die Rolle der Moosidentität jedoch bleibt vergleichsweise wenig erforscht.

Karte von Deception Island, Südliche Shetlandinseln, maritime Antarktis (adaptiert von Wikipedia, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/
Deception_Island_Map.svg).

Antarktische Moose und Bodenkrusten –Initiatoren der Bodenentwicklung und Hüter von mikrobiellen Hotspots

Die positiven Auswirkungen von Moosen und Bodenkrusten auf Bodenfunktionen sind in der Literatur weithin anerkannt und wurden in einer Vielzahl unterschiedlicher Ökosysteme untersucht, jedoch mit einem Schwerpunkt auf nicht-polaren Wüsten oder mediterranen Trockengebieten. Neben ihren tiefgreifenden Auswirkungen auf die Bodenstabilisierung durch Verhinderung von (Wind-)Erosion, modulieren biologische Bodenbedeckungen auch das Bodenmikroklima, dienen als wichtige Kohlenstoff- und Nährstofflieferanten, und bieten insgesamt günstige Lebensräume für eine Vielzahl von Bodenorganismen in der kargen Landschaft. Dies führt folglich auch zur Etablierung von Aktivitätshotspots für Bodenmikroben. Während Moose und Bodenkrusten die beiden wichtigsten biologischen Bodenbedeckungstypen in der maritimen Antarktis sind und die vorherrschende Flora dominieren, werden ihre Auswirkungen aufgrund der Abgeschiedenheit des Ökosystems nur selten untersucht. Als Haupt-Primärproduzenten in diesem kargen Ökosystem, könnten ihre Auswirkungen auf die mikrobiellen Bodengemeinschaften und den Aufbau organischer Bodensubstanz jedoch sogar stärker sein als in anderen Ökosystemen, wo z.B. komplexere Vegetationsmuster und stärker entwickelte Böden vorkommen. Das Verständnis darüber, wie verschiedene Bodenbedeckungstypen die darunterliegenden Böden formen, ist im Kontext des raschen Klimawandels auf der Antarktischen Halbinsel von besonderer Bedeutung. Zukünftige Veränderungen in der Häufigkeit und Verbreitungsmuster von Moosen und Bodenkrusten könnten erhebliche Auswirkungen auf zahlreiche Bodenprozesse in diesem empfindlichen Ökosystem haben.

„Unsere Studie hebt die starke Vernetzung zwischen der Form der biologischen Bodenbedeckung und der Bodenbiogeochemie hervor. Dieser Link ist bedeutsam, um die Bodenentwicklung und das Bodenleben in der Antarktis besser verstehen zu können.“

– Victoria Martin
Beispiel einer Bodenprobe, welche unter der Moosbedeckung von Polytrichastrum alpinum gesammelt wurde. Foto credits: A. Richter & C.M. Müller.

Modernste Methoden unter antarktischen Bedingungen

Wir verwendeten steriles Equipment, um die Bodenproben zu gewinnen, mit denen wir den Einfluss von Moosen und Bodenkrusten auf die darunterliegenden mikrobiellen Gemeinschaften und die organische Bodensubstanz erforschten. Wir beprobten direkt (0 – 2 cm) unter Bodenkrusten, die aus Flechten, Algen, Pilz- und Bakterienbiomasse sowie abgestorbener Moosbiomasse bestanden, sowie unter der benachbarten vitalen Bedeckung der zwei häufigsten Moosarten, die auf Deception Island vorkommen: Polytrichastrum alpinum (ein Haarmützenmoos) und Sanionia unicinata (ein Federnmoos). Diese beiden untersuchten Moosarten gehören nicht nur zu verschiedenen Familien, sondern unterscheiden sich auch biologisch stark, z.B. in ihrer Habitatpräferenz, ihrer Wuchsform oder ihren spezifischen Wasser- und Nährstoffaufnahme-Mechanismen.
Laut unserem Wissensstand wurden zum ersten Mal (relative) Wachstumsraten von Bodenmikroben unter dem Einfluss von Moosen und Bodenkrusten bei antarktischen Umgebungsbedingungen bestimmt. Dafür verwendete APRI- Mitglied Andreas Richter während seines Aufenthalts auf der spanischen Gabriel de Castilla Forschungsstation eine hochmoderne (und sichere) stabile Isotopen Methode, welche die Zugabe von Wasser mit schwerem Sauerstoffatom zu den Bodenproben involviert. Zurück in den Labors der Universität Wien wurde eine Vielzahl von Standardbodenparametern erhoben und der Datensatz mit einer gründlichen qualitativen und quantitativen Charakterisierung des organischen Bodenmaterials und der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften ergänzt.

Beispiele für unterschiedliche biologische Bodenbedeckung in Fumarole Bay: Vitales Polytrichastrum alpinum – Moos (A), und Bodenkrusten (B).

Bodenbedeckung als wichtiger link zu Bodencharakteristika

Moose und Bodenkrusten beeinflussten die darunterliegenden Böden auf unterschiedliche Weise. Während Böden unter Krusten eine geringere mikrobielle Aktivität aber gleichzeitig mehr mikrobieller Biomasse aufwiesen, waren wichtige Stoffgruppen der organischen Bodensubstanz weniger häufig unter Moosen. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass moos-spezifische Merkmale, wie z.B. wurzelähnliche Strukturen in P. alpinum (die nur in bestimmten Moosgruppen vorkommen) oder die Assoziation von S. unicinata mit Luftstickstoff-fixierenden Cyanobakterien (vorteilhaft in stickstoffarmen, unberührten Umgebungen) eine entscheidende Rolle zu spielen scheinen. Mit unserer Studie möchten wir die Bedeutung der biologischen Bodenbedeckungsform für wichtige Charakteristika in antarktischen Böden hervorheben, und somit auf die Notwendigkeit hinweisen, diese Vegetationsformen mit kryptischem Lebensstil nicht als eine einheitliche Gruppe zu betrachten.

Media information

Written by Victoria Martin.
Layout by the APRI-Media Team.
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Header image credits: British Antarctic Survey 2017.
https://phys.org/news/2017-07-moss-migration-globe.html

About the scientific authors

Victoria Martin  is a PhD student in the Research Group Richter.

Original Publication

Martin, Victoria; Schmidt, Hannes; Canarini, Alberto; Koranda, Marianne; Hausmann, Bela; Müller, Carsten W.; Richter, Andreas (2024): Soil cover shapes organic matter pools and microbial communities in soils of maritime Antarctica. In Geoderma 446, p. 116894. DOI: 10.1016/j.geoderma.2024.116894

Die Proben wurden mit geltender Genehmigung (Nr. II 2.8 – 94033/106) vom Deutschen Umweltbundesamt laut Environmental Protection to the Antarctic Treaty gesammelt.

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