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Abteilung Biogeochemische Prozesse

Prof. Trumbore

Die Abteilung Biogeochemische Prozesse erforscht Schlüsselprozesse und Organismen, die den Austausch von Energie, Wasser und chemischen Verbindungen zwischen Ökosystemen und ihrer Umgebung regulieren, und wie diese Prozesse durch Veränderungen des Klimas und der Landnutzung beeinflusst werden.

Im Rahmen dieser weit gefassten Zielsetzung konzentriert sich die Abteilung auf Prozesse, die für das Verständnis der Rückkopplungen zwischen dem Kohlenstoffkreislauf an Land und dem Klima von entscheidender Bedeutung sind und bei denen das fehlende grundlegende Verständnis derzeit die Fähigkeit einschränkt, die Rolle des Bodens als Quelle oder Senke für Kohlenstoff in den kommenden Jahrzehnten bis Jahrhunderten vorherzusagen. Grundsätzlich verfolgen die Forschungsarbeiten der Abteilung das gemeinsame Ziel, die Prozesse zu untersuchen, die bestimmen, wie lange Kohlenstoff in den einzelnen Bereichen des Ökosystems verbleibt, und zwar auf einer räumlichen Skala, die von Organismen bis zu Landschaften reicht. Aufgrund der Bedeutung des Kohlenstoffs für lebende Organismen bei der Speicherung von Energie und dem Aufbau von Biomasse sind diese Prozesse auch von grundlegender Bedeutung für das Funktionieren von Ökosystemen und deren Reaktion auf Veränderungen.

Auf der Ebene der Organismen (Mikroben oder Pflanzen) untersuchen wir, wie Umweltfaktoren wie Trockenheit oder Substratverfügbarkeit die Ressourcenzuteilung und -aktivität in einer Weise beeinflussen, die die Zeitskala der Kohlenstoffspeicherung verändern kann. Auf der Ebene der Ökosysteme untersuchen wir, wie biotische (z. B. Vielfalt der Lebensgemeinschaften) und abiotische Faktoren (Mineralogie oder Klima) den Austausch zwischen Boden und Atmosphäre sowie die Zeitskalen für die Stabilisierung oder Destabilisierung von Kohlenstoff in Böden verändern. Auf der Landschaftsebene untersuchen wir, wie Störungsprozesse wie Feuer, Trockenheit, Windwurf und Fressfeinde die Kohlenstoffvorräte und -kreisläufe in Ökosystemen verändern können.

Vorgehensweisen und Methoden

Die Quantifizierung von Reaktionen und Wechselwirkungen in komplexen, gekoppelten Systemen erfordert eine Reihe von Methoden und Vorgehensweisen. In Laborexperimenten werden einzelne Faktoren wie Temperatur, Biodiversität oder Nährstoffverfügbarkeit manipuliert, um zu dokumentieren, wie verschiedene Komponenten des Ökosystems auf veränderte Umweltbedingungen reagieren. Wir beteiligen uns an großen Feldexperimenten, in denen die biologische Vielfalt (Jena-Experiment) und Störungen wie Feuer (Tanguro-Experiment) manipuliert werden. Freilandbeobachtungen von Gradienten der biologischen Vielfalt durch Landbewirtschaftung (Biodiversitätsexploratorien) oder Windwürfe (ATTO) bieten langfristige Freiland-'Experimente'.  Verbindungen zu unserer eigenen Theoriegruppe sowie zu anderen Modellierungsgruppen im Institut ermöglichen es uns, unsere Ergebnisse zu nutzen, um Theorien/Modelle zur Funktion von Ökosystemen/Organismen zu testen. Wir entwickeln auch aktiv neue Analyseinstrumente, die es uns ermöglichen, die Bedeutung von Prozessen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen zu bewerten.

Aktuelle Veröffentlichungen

Chlumská, Z.; Liancourt, P.; Hartmann, H.; Bartoš, M.; Altman, J.; Dvorský, M.; Hubáček, T.; Borovec, J.; Čapková, K.; Kotilínek, M. et al.; Doleža, J.: Species- and compound-specific dynamics of nonstructural carbohydrates toward the world’s upper distribution of vascular plants. Environmental and Experimental Botany 201, 104985 (2022)
Salazar, A.; Sanchez, A.; Dukes, J. S.; Salazar, J. F.; Clerici, N.; Lasso, E.; Sanchez-Pacheco, S. J.; Rendon, A. M.; Villegas, J. C.; Sierra, C. et al.; Poveda, G.; Quesada, B.; Uribe, M. R.; Rodríguez-Buritica, S.; Ungar, P.; Pulido-Santacruz, P.; Ruiz-Morato, N.; Arias, P. A.: Peace and the environment at the crossroads: Elections in a conflict-troubled biodiversity hotspot. Environmental Science and Policy 135, S. 77 - 85 (2022)
Gomes-Alves, E.; Taylor, T.; Robin, Michelle, M.; Oliveira, D. P.; Schietti, J.; Junior, S. D.; Zannoni, N.; Williams, J.; Hartmann, C.; Goncalves, J. F. C. et al.; Schöngart, J.; Wittmann, F.; Piedade, M. T. F.: Seasonal shifts in isoprenoid emission composition from three hyperdominant tree species in central Amazonia. Plant Biology 24 (5), S. 721 - 733 (2022)
Todd-Brown, K. E. O.; Abramoff, R. Z.; Beem-Miller, J.; Blair, H. K.; Earl, S.; Frederick, K. J.; Fuka, D. R.; Santamaria, M. G.; Harden, J. W.; Heckman, K. et al.; Heran, L. J.; Holmquist, J. R.; Hoyt, A. M.; Klinges, D. H.; LeBauer, D. S.; Malhotra, A.; McClelland, S. C.; Nave, L. E.; Rocci, K. S.; Schaeffer, S. M.; Stoner, S.; van Gestel, N.; von Fromm, S. F.; Younger, M. L.: Reviews and syntheses: The promise of big diverse soil data, moving current practices towards future potential. Biogeosciences 19 (14), S. 3505 - 3522 (2022)
Kanukollu, S.; Remus, R.; Rücker, A.; Buchen‑Tschiskale, C.; Hoffmann, M.; Kolb, S.: Methanol utilizers of the rhizosphere and phyllosphere of a common grass and forb host species. Environmental Microbiome 17, 35 (2022)
Luo, Y.; Huang, Y.; Sierra, C.; Xia, J.; Ahlström, A.; Chen, Y.; Hararuk, O.; Hou, E.; Jiang, L.; Liao, C. et al.; Lu, X.; Shi, Z.; Smith, B.; Tao, F.; Wang, Y.-P.: Matrix approach to land carbon cycle modeling. Journal of Advances in Modeling Earth Systems 14 (7), e2022MS003008 (2022)
Viljur, M.-L.; Abella, S. R.; Adamek, M.; Alencar, J. B. R.; Barber, N. A.; Beudert, B.; Burkle, L. A.; Cagnolo, L.; Campos, B. R.; Chao, A. et al.; Chergui, B.; Choi, C.-Y.; Cleary, D. F. R.; Davis, T. S.; Dechnik-Vazquez, Y. A.; Downing, W. M.; Fuentes-Ramirez, A.; Gandhi, K. J. K.; Gehring, C.; Georgiev, K. B.; Gimbutas, M.; Gongalsky, K. B.; Gorbunova, A. Y.; Greenberg, C. H.; Hylander, K.; Jules, E. S.; Korobushkin, D. I.; Köster, K.; Kurth, V.; Lanham, J. D.; Lazarina, M.; Leverkus, A. B.; Lindenmayer, D.; Marra, D. M.; Martín-Pinto, P.; Meave, J. A.; Moretti, M.; Nam, H.-Y.; Obrist, M. K.; Petanidou, T.; Pons, P.; Potts, S. G.; Rapoport, I. B.; Rhoades, P. R.; Richter, C.; Saifutdinov, R. A.; Sanders, N. J.; Santos, X.; Steel, Z.; Tavella, J.; Wendenburg, C.; Wermelinger, B.; Zaitsev, A. S.; Thorn, S.: The effect of natural disturbances on forest biodiversity: an ecological synthesis. Biological Reviews (2022)
Wu, X.; Liu, H.; Hartmann, H.; Ciais, P.; Kimball, J. S.; Schwalm, C. R.; Camarero, J. J.; Chen, A.; Gentine, P.; Yang, Y. et al.; Zhang, S.; Li, X.; Xu, C.; Zhang, W.; Li, Z.; Chen, D.: Timing and order of extreme drought and wetness determine bioclimatic sensitivity of tree growth. Earth's Future 10 (7), e2021EF002530 (2022)
Xiao, L.; Wang, G.; Wang, M.; Zhang, S.; Sierra, C.; Guo, X.; Chang, J.; Shi, Z.; Luo, Z.: Younger carbon dominates global soil carbon efflux. Global Change Biology (2022)
Overholt, W. A.; Trumbore, S. E.; Xu, X.; Bornemann, T. L. V.; Probst, A. J.; Krüger, M.; Herrmann, M.; Thamdrup, B.; Bristow, L. A.; Taubert, M. et al.; Schwab, V. F.; Hölzer, M.; Marz, M.; Küsel, K.: Carbon fixation rates in groundwater similar to those in oligotrophic marine systems. Nature Geoscience 15, S. 561 - 567 (2022)

 

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