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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

Wang, K.; Wang, C.; Fu, B.; Huang, J.; Wei, F.; Leng, X.; Feng, X.; Li, Z.; Jiang, W.: Divergent driving mechanisms of community temporal stability in China's drylands. Environmental Science and Ecotechnology 20, 100404 (2024)
de Sá, P. A.; Schöngart, J.; Wittmann, F.; Piedade, M. T. F.; Tommasiello-Filho, M.; Oliveira, R. S.; Horna, V.; Parolin, P.; Durgante, F. M.: Hydrological and climate intensification induces conservative behavior in the Hydrochorea corymbosa xylem production in a Central Amazon floodplain forest. Frontiers in Ecology and Evolution 12, 1292132 (2024)
Lehmanski, L. M. A.; Kösters, L.; Huang, J.; Göbel, M.; Gershenzon, J.; Hartmann, H.: Windthrow causes declines in carbohydrate and phenolic concentrations and increased monoterpene emission in Norway spruce. PLOS ONE 19 (5), e0302714 (2024)
von Fromm, S. F.; Hoyt, A. M.; Sierra, C.; Georgiou, K.; Doetterl, S.; Trumbore, S. E.: Controls and relationships of soil organic carbon abundance and persistence vary across pedo-climatic regions. Global Change Biology 30 (5), e17320 (2024)
Mori, G. B.; Schöngart, J.; Schietti, J.; Householder, J. E.; Robin, M.; Wittmann, F.; Poorter, L.; Piedade, M. T. F.: Ecosystem type affects how Amazonian tree species invest in stem and twig wood. Functional Ecology (2024)
Ramirez, J. A.; Craven, D.; Herrera-Ramirez, D.; Posada, J. M.; Reu, B.; Sierra, C. A.; Hoch, G.; Handa, I. T.; Messier, C.: Non-structural carbohydrate concentrations in tree organs vary across biomes and leaf habits, but are independent of the fast-slow plant economic spectrum. Frontiers in Plant Science 15, 1375958 (2024)
Netherer, S.; Lehmanski, L. M. A.; Bachlehner, A.; Rosner, S.; Savi, T.; Schmidt, A.; Huang, J.; Paiva, M. R.; Mateus, E.; Hartmann, H. et al.; Gershenzon, J.: Drought increases Norway spruce susceptibility to the Eurasian spruce bark beetle and its associated fungi. New Phytologist 242 (3), S. 1000 - 1017 (2024)
Caetano Andrade, V. L.; Clement, C. R.; Herrera-Ramirez, D.; Larsen, T.; Durgante, F.; Boivin, N.; Schöngart, J.; Trumbore, S. E.; Roberts, P.: Insights into growth, ring formation and maximum ages of Brazil nut trees (Bertholletia excelsa) using 14C dating and tree-ring analysis. Radiocarbon 66 (2), S. 306 - 325 (2024)
Wutzler, T.; Reimers, C.; Ahrens, B.; Schrumpf, M.: Optimal enzyme allocation leads to the constrained enzyme hypothesis: the Soil Enzyme Steady Allocation Model (SESAM; v3.1)). Geoscientific Model Development 17 (7), S. 2705 - 2725 (2024)
Wilcke, W.; Zimmer, V.; Bauhus, J.; Schöning, I.; Schrumpf, M.; Michalzik, B.; Siemen, J.: Disentangling the effects of region, forest‑management intensity and plant diversity on litterfall quantity, quality and turnover in temperate forests. Plant and Soil 497, S. 397 - 412 (2024)

 

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