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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

Buessecker, S.; Sarno, A. F.; Reynolds, M. C.; Chavan, R.; Park, J.; Ortiz, M. F.; Pérez-Castillo, A. G.; Pisco, G. P.; Muñoz, J. D. U.; Reis, L. P. et al.; Ferreira-Ferreira, J.; Maia, J. M. F.; Holbert, K. E.; Penton, C. R.; Hall, S. J.; Gandhi, H.; Boëchat, I. G.; Gücker, B.; Ostrom, N. E.; Cadillo-Quiroz, H.: Coupled abiotic-biotic cycling of nitrous oxide in tropical peatlands. Nature Ecology & Evolution 6, S. 1881 - 1890 (2022)
Mahecha, M. D.; Bastos, A.; Bohn, F. J.; Eisenhauer, N.; Feilhauer, H.; Hartmann, H.; Hickler, T.; Kalesse-Los, H.; Migliavacca, M.; Otto, F. E. L. et al.; Peng, J.; Quaas, J.; Tegen, I.; Weigelt, A.; Wendisch, M.; Wirth, C.: Biodiversity loss and climate extremes — study the feedbacks. Nature 612, S. 30 - 32 (2022)
Wang, F.; Maksyutov, S.; Janardanan, R.; Tsuruta, A.; Ito, A.; Morino, I.; Yoshida, Y.; Tohjima, Y.; Kaiser, J. W.; Lan, X. et al.; Zhang, Y.; Mammarella, I.; Lavrič, J. V.; Matsunaga, T.: Atmospheric observations suggest methane emissions in north-eastern China growing with natural gas use. Scientific Reports 12, 18587 (2022)
Le Provost, G.; Schenk, N. V.; Penone, C.; Thiele, J.; Westphal, C.; Allan, E.; Ayasse, M.; Blüthgen, N.; Boeddinghaus, R. S.; Boesing, A. L. et al.; Bolliger, R.; Busch, V.; Fischer, M.; Gossner, M. M.; Hölzel, N.; Jung, K.; Kandeler, E.; Klaus, V. H.; Kleinebecker, T.; Leimer, S.; Marhan, S.; Morris, K.; Müller, S.; Neff, F.; Neyret, M.; Oelmann, Y.; Perović, D. J.; Peter, S.; Prati, D.; Rillig, M. C.; Saiz, H.; Schäfer, D.; Scherer-Lorenzen, M.; Schloter, M.; Schöning, I.; Schrumpf, M.; Steckel, J.; Steffan-Dewenter, I.; Tschapka, M.; Vogt, J.; Weiner, C.; Weisser, W.; Wells, K.; Werner, M.; Wilcke, W.; Manning, P.: The supply of multiple ecosystem services requires biodiversity across spatial scales. Nature Ecology & Evolution (2022)
Tanunchai, B.; Ji, L.; Schroeter, S. A.; Wahdan, S. F. M.; Larpkern, P.; Lehnert, A.-S.; Alves, E. G.; Gleixner, G.; Schulze, E. D.; Noll, M. et al.; Buscot, F.; Purahong, W.: A poisoned apple: First insights into community assembly and networks of the fungal pathobiome of healthy-looking senescing leaves of temperate trees in mixed forest ecosystem. Frontiers in Plant Science 13, 968218 (2022)
Groß, C.; Hossen, S.; Hartmann, H.; Noll, M.; Borken, W.: Biological nitrogen fixation and nifH gene abundance in deadwood of 13 different tree species. Biogeochemistry 161, S. 353 - 371 (2022)
Yáñez-Serrano, A. M.; Aguilos, M.; Barbosa, C.; Bolaño-Ortiz, T. R.; Carbone, S.; Díaz-López, S.; Diez, S.; Dominutti, P.; Engelhardt, V.; Alves, E. G. et al.; Pedraza, J.; Saturno, J.; Tzompa-Sosa, Z. A.: The Latin America Early Career Earth System Scientist Network (LAECESS): addressing present and future challenges of the upcoming generations of scientists in the region. npj Climate and Atmospheric Science 5, 79 (2022)
DeArmond, D.; Ferraz, J. B. S.; Marra, D. M.; Amaral, M. R. M.; Lima, A. J. N.; Higuchi, N.: Logging intensity affects growth and lifespan trajectories for pioneer species in Central Amazonia. Forest Ecology and Management 522, 120450 (2022)
Baumann, K.; Eckhardt, K.-U.; Schöning, I.; Schrumpf, M.; Leinweber, P.: Clay fraction properties and grassland management imprint on soil organic matter composition and stability at molecular level. Soil Use and Management 38 (4), S. 1578 - 1596 (2022)
Crow, S. E.; Sierra, C.: The climate benefit of sequestration in soils for warming mitigation. Biogeochemistry 161, S. 71 - 84 (2022)

 

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