Europäische Forscher hinterfragen die These, dass Nitrifikation nur im Erdboden auftritt
Die Konzentration von reaktiven N-Verbindungen in der Atmosphäre ist im Verlauf des letzten Jahrhunderts durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und Biomasse sowie den intensiven Einsatz von Düngemitteln und Viehhaltung erheblich gestiegen. Ein Teil des atmosphärischen N lagert sich in der Biosphäre als Stickstoffdeposition ab und greift somit in den globalen N-Kreislauf ein. Man geht davon aus, dass sich Stickstoffdepositionen direkt im Boden ansammeln. Es ist jedoch noch unklar, ob und inwieweit die von den Blättern dominierten oberirdischen Baumteile, d. h. die Phyllosphäre, an der Veränderung dieser N-Flüsse beteiligt sind, bevor diese in den Boden gelangen. Die Phyllosphäre ist bei der Regulierung des Kohlenstoff- und Wasseraustauschs mit der Atmosphäre von zentraler Bedeutung und hat daher tiefgreifende Auswirkungen auf das Klima. Welche Rolle sie jedoch bei der Veränderung der chemischen Zusammensetzung von Niederschlag – und damit im Nährstoffkreislauf des Waldes – spielt, ist noch weitgehend unbekannt. Das EU-finanzierte NITRIPHYLL-Projekt sollte „das Paradigma hinterfragen, nach dem die am N-Kreislauf im Wald beteiligten Mikroben nur im Boden vorkommen und die Verarbeitung von Stickstoffdepositionen daher ausschließlich im Boden stattfindet“, so Projektkoordinator Dr. Maurizio Mencuccini. Das Projekt wollte nachweisen, dass die Blattmikroben die Nitrifikation durchführen und dadurch zum N-Kreislauf beitragen, bevor die Blätter schließlich als Laubstreu zu Boden fallen. Gemeinsam mit ihren Projektpartnern erstellten Dr. Rosella Guerrieri und Dr. Mencuccini einen einzigartigen Datensatz. Dieser kennzeichnet auf neuartige Weise zwölf unterschiedliche Waldstandorte, die zum Netzwerk des Internationalen Programms für Zusammenarbeit bei der Erfassung und Überwachung der Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Wälder (ICP Forests) gehören. NITRIPHYLL zog das Interesse verschiedener Kreise auf sich, die als Schnittstelle zwischen Forschung und Politik fungieren – so zum Beispiel ICP Forests, eines der größten Biomonitoring-Netzwerke der Welt, das umfassende Daten zum Zustand der Wälder in und außerhalb von Europa zur Verfügung stellt. Baumkronen und Nitrifikation NITRIPHYLL ist die erste weltweit angelegte Studie, die zwei unterschiedliche Forschungswege vereinte: die Erforschung der Dichte und Vielfalt von Bakteriengemeinschaften in der Phyllosphäre mithilfe genetischer Analysen und die Erforschung ihrer Beteiligung an der Umwandlung von Stickstoffdepositionen durch stabile Isotope. Das Projektteam zeigte zum einen, dass Baumkronen nicht nur aus Blättern bestehen, sondern eine ausgesprochen vielfältige Bakteriengemeinschaft aufweisen, und zum anderen, dass atmosphärisches N durch die Wechselbeziehung mit Baumkronen biotransformiert wird. „Die Ergebnisse von NITRIPHYLL unterstreichen die globale Tragweite, welche die Phyllosphäre bei der Nitrifikation haben kann“, bemerkt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Dr. Guerrieri, die mit Dr. Mencuccini zusammengearbeitet hat. „Wissenschaftler stellen nun neue, aufregende Fragen über die ökologische Bedeutung der unsichtbaren – doch äußerst vielfältigen – Mikrobengemeinschaften, die in Baumkronen vorkommen: Leisten sie einen Beitrag zu Waldfunktionen und Waldgesundheit? Beeinflussen sie die Qualität der Luft, die wir atmen, und sind damit bedeutende Folgen für die menschliche Gesundheit verbunden?” NITRIPHYLL konnte nachweisen, dass in vielen europäischen Wäldern eine biologische Nitrifikation von Stickstoffdepositionen in den Baumkronen auftritt. „Das Bewusstsein für menschlich bedingte Stickstoffdepositionen und ihre weltweiten Auswirkungen auf die Wälder hat sich dadurch geschärft“, fasst Dr. Guerrieri zusammen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft ist folglich nun in der Lage, die verborgene biologische Vielfalt in den Baumkronen und ihren Beitrag zum N-Kreislauf zu erkennen. „NITRIPHYLL ermöglicht ein besseres Verständnis darüber, wie die Phyllosphäre im Kontext von Stickstoffdepositionen und Klima den N-Kreislauf und damit auch den Kohlenstoffkreislauf in den Wäldern beeinflusst.“
Schlüsselbegriffe
NITRIPHYLL, Wald, N, Baumkronen, Boden, Nitrifikation, Stickstoffdeposition, Phyllosphäre
