Der Klimawandel macht nicht nur Pflanzen wärmer. Flobert Ndah und Kollegen in Dänemark und Finnland stellen fest, dass steigende Temperaturen auch die Nährstoffe im Boden erhöhen und das Sonnenlicht aufgrund einer erhöhten Wolkendecke reduzieren können. In einer Studie veröffentlicht in Annals of Botany, untersuchte das Team, wie sich diese verändern könnten die subarktische Vegetation beeinflussen, indem sie die Emissionen von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen (BVOCs) und die Blattanatomie verändern. Sie stellen fest, dass eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit den Pflanzen helfen könnte, ihren Schutz vor Stress, insbesondere Hitze und Trockenheit, zu verbessern.
Während der Planet heißer wird, variiert die Zunahme der Wärme. Der Der Temperaturanstieg war besonders dramatisch in den arktischen und subarktischen Regionen. Während steigende Lufttemperaturen Veränderungen im Pflanzenwachstum und Reichweitenverschiebungen verursachen, können sich ändernde Bodentemperaturen Veränderungen im Boden verursachen. Wärmere Böden können dank der durch die Hitze verursachten erhöhten Mineralisierungsraten organischer Bodensubstanz eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit aufweisen. Die Wärme kann auch mehr Boden freilegen, wenn sich das Eis zurückzieht, was zu einer zunehmenden Wolkendecke durch Aerosolpartikel führt, die von der jetzt eisfreien Oberfläche freigesetzt werden.
Diese veränderten Bedingungen werden zu erhöhtem Stress für Pflanzen führen, teilweise aufgrund abiotischer Faktoren, da sie sich an eine sich ändernde Vegetationsperiode und unterschiedliche Niederschläge anpassen, und bei biotischem Stress, zum Beispiel erhöhter Pflanzenfresseraktivität. Pflanzen können mit einigen dieser Belastungen fertig werden, indem sie biogene flüchtige organische Verbindungen, BVOCs, produzieren. Es gibt zahlreiche Experimente, die zeigen, dass mit steigender Temperatur die BVOC-Emissionen steigen. Aber Ndah und Kollegen haben noch nicht so viel darüber gesehen, wie sich eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit auf die BVOC-Emissionen auswirkt. Die veröffentlichten Ergebnisse sind widersprüchlich, daher machten sich die Botaniker daran, herauszufinden, wie BVOC-Emissionen aus arktischen und subarktischen Pflanzen auf eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit im Boden reagieren.
Sie betrachteten auch die Blattanatomie. Dies liegt daran, dass Pflanzen ihre Blattanatomie ändern können, um mit neuen Bedingungen fertig zu werden. Wenn sich jedoch die Blätter verändern, ändern sich auch die BVOC-Emissionen, die sie freisetzen.
Das Team nutzte die subarktische Tundra-Heide Abisko, Nordschweden. Dies ist eine Seite, die Klimaexperimente durchgeführt hat seit dreißig Jahren. Hier untersuchten sie drei subarktische Zwergstraucharten, Empetrum hermaphroditum, Kassiope tetragona und Betula nana. Das Team richtete sechs Behandlungen ein: Kontrolle, Erwärmung, Schattierung, Düngung (erhöhte Nährstoffverfügbarkeit), Düngung + Erwärmung und Düngung + Schattierung. Das Team wiederholte jede dieser Behandlungen sechs Mal, was zu sechsunddreißig 120 × 120 cm großen Parzellen führte.
Die wärmeren Parzellen befanden sich unter offenen Zelten aus Polyethylenfolie, die die Lufttemperatur um 3–4 °C erhöhten. Sie verwendeten Zelte aus hessischem Stoff, um eine erhöhte Bewölkung zur Beschattung zu simulieren, die das Sonnenlicht um etwa 50 % dämpfte.
Im August, nach zwei Dritteln des Anbaus, isolierten die Wissenschaftler die Pflanzen in Beuteln, um die Luft um sie herum auf BVOC zu untersuchen, ohne schädliche Verbindungen von anderen Stellen in der Probe zu erhalten. Wenig später sammelten sie voll entwickelte Blätter für die Lichtmikroskopie und die Rasterelektronenmikroskopie.
Die Ergebnisse waren eine Überraschung, schreiben Ndah und Kollegen in ihrem Artikel.
„Entgegen unseren Erwartungen verringerte eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit die BVOC-Emissionen nicht, erhöhte jedoch die Monoterpen-Emissionen von B. nana und tendierte dazu, die sauerstoffhaltigen Monoterpen- und Sesquiterpen-Emissionen von C. tetragona zu erhöhen. Bei einer Probenahme, die 5 Jahre zuvor, 18 Jahre nach Beginn des Experiments, an derselben Stelle durchgeführt wurde, Rinnan et al. (2011) fanden heraus, dass die Düngung keine statistisch signifikante Änderung der BVOC-Emissionen derselben Sträucher verursachte. Valolahti et al. (2015) berichteten, dass Terpenoidemissionen auf Ökosystemebene aus von Zwergsträuchern dominierter subarktischer Tundra nicht durch die Zugabe von Streu beeinflusst wurden, was die Nährstoffverfügbarkeit nach 11 und 13 Jahren experimenteller Manipulation erhöhte, aber die Zugabe von Streu erhöhte die BVOC-Emissionen aus der Erwärmungsbehandlung. Die in dieser Studie beobachteten Reaktionen deuten darauf hin, dass mehr als zwei Jahrzehnte einer erhöhten Nährstoffverfügbarkeit beginnen, die BVOC-Emissionen einzelner Zwergstraucharten zu beeinflussen, was die Bedeutung von Langzeitversuchen unterstreicht.“
Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass eine erhöhte Nährstoffverfügbarkeit subarktischen Sträuchern helfen könnte, eine erhöhte Resistenz gegen biotischen und abiotischen Stress zu entwickeln. Dazu müssen sie jedoch in der Lage sein, Photosynthese zu betreiben, um diese Verbindungen aufzubauen. Eine erhöhte Trübung wirkt sich negativ auf die Pflanzen aus, indem sie die Gelegenheit zur Photosynthese einschränkt. Die Zukunft der Arktis wird also von Wechselwirkungen zwischen Wärme, Nährstoffen und Wolkenbedeckung geprägt sein.
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Ndah, F., Valolahti, H., Schollert, M., Michelsen, A., Rinnan, R. und Kivimäenpää, M. (2022) „Einfluss einer erhöhten Nährstoffverfügbarkeit auf die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen (BVOC) und die Blattanatomie von subarktischen Zwergsträuchern unter Klimaerwärmung und zunehmender Bewölkung“, Annals of Botany, 129 (4), https://doi.org/10.1093/aob/mcac004
