title: What controls microbial activity in permafrost soils?
Creators: name: Rottensteiner, Cornelia
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Der Klimawandel lässt Permafrostböden auftauen, wodurch organischer Kohlenstoff, der für Jahrtausende in diesen Böden gefroren und gespeichert war, für mikrobielle Zersetzung verfügbar wird. Die Verteilung des von Mikroorganismen aufgenommen Kohlenstoffs auf mikrobielles Wachstum (mögliche Kohlenstoffstabilisierung) und mikrobielle Atmung (Kohlenstoffabgabe an die Atmosphäre) entscheidet über das Schicksal dieser alten Kohlenstoffspeicher. Unser Wissen über mikrobielles Wachstum und Atmung in Permafrostböden sowie deren Reaktion auf steigende Temperaturen ist begrenzt. In der vorliegenden Studie untersuchten wir vier Bodenschichten (organisch, mineralisch, kryoturbiert, gefroren) aus drei Landschaftstypen der Tieflandtundra (Polygone mit vertieftem, flachem, oder erhöhtem Mittelpunkt) von zwei Standorten in der Kanadischen Arktis. Wir fanden Unterschiede in der organischen Bodenzusammensetzung (analysiert durch Pyrolyse GC MS) und in der Struktur mikrobieller Gemeinschaften (basierend auf Amplicon Sequenzierung und quantitativer PCR) zwischen verschiedenen Bodenschichten und Polygontypen. Sowohl die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur als auch die Zusammensetzung der organischen Bodensubstanz erwiesen sich als gute Prädikatoren für massenspezifisches Wachstum und massenspezifische Atmung von Mikroorganismen, welche nach einem achtwöchigen Inkubationsexperiment bei 4°C (arktische Sommertemperatur) und 14°C (Wärmebehandlung) gemessen wurden. Hingegen konnte die Temperaturreaktion von Wachstum und Atmung weder durch die organische Bodenzusammensetzung, noch die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur, noch durch die physikochemische Bodenparameter erklärt werden. Dies weist auf eine einheitliche Reaktion dieser mikrobiellen Schlüsselprozesse auf die globale Erwärmung in verschiedenen Tieflandtundra-Ökosystemen hin.
description: Global warming leads to permafrost thaw and makes organic carbon available to microbial decomposition, that was frozen and stored in these soils for millennia. The fate of permafrost carbon is largely dependent on how it is partitioned between microbial growth (potential carbon stabilization in soil) and microbial respiration (carbon loss to the atmosphere). Yet, our understanding of microbial growth, respiration and corresponding temperature responses in permafrost soils remains limited. Here, we investigated four soil layers (organic, mineral, cryoturbated, permafrost), within three lowland tundra polygon types (low , flat , high center) from two sites (catchments) in the Canadian Arctic. We found soil organic matter composition (analyzed by pyrolysis-GC-MS fingerprinting) and the structure of the microbial communities (based on amplicon sequencing and quantitative PCR) to be distinctly different across different soil layers and polygon types. Both the structure of the microbial communities and the soil organic matter composition proved to be good predictors for mass-specific growth and respiration rates of soil microorganisms, measured after an eight-week incubation experiment at ambient (4 °C) and warmed condition (14 °C). However, the temperature responses of growth and respiration could not be explained by either the soil organic matter composition, the microbial community structure, or the physicochemical soil parameters, suggesting a rather uniform response of these microbial key processes to global warming across a wide range of lowland tundra ecosystems.