Titel: Global Change Effects on Decomposition Processes in Salt Marshes
Sprache: Englisch
Autor*in: Tang, Hao
Schlagwörter: Global change; Carbon sequestration; Exo-enzyme activity; Tea Bag Index; Blue carbon; Litter breakdown
Erscheinungsdatum: 2020
Tag der mündlichen Prüfung: 2021-01-25
Zusammenfassung: 
Salt marshes are known to sequester “blue carbon” at high rates in soils. Global change yields the potential to change the carbon sequestration potential of salt marshes by affecting the balance between organic matter input, through plant primary production, and output, through decomposition processes. Yet, most of the current debate regarding the global change-induced change in carbon sequestration has been dealing with plant production, while the dynamics of organic matter decomposition are still largely unknown. Thus, this thesis focuses on the effects of several global change factors (livestock grazing, sea-level rise, and warming) on soil microbial activity and litter breakdown in salt marshes, aiming to understand their role in the decomposition process, with critical implications for carbon sequestration. Five chapters are included in this thesis: Chapter 1 presents a general introduction to the topic, Chapter 2 to Chapter 4 are three manuscripts as the main part, Chapter 5 is a general discussion, which explores how the findings of the main chapters (2 to 4) relate to each other on a spatial broader scale and give directions for future research.
Chapter 2 presents a grazing-exclusion experiment in a Chinese salt marsh ecosystem of the Yangtze estuary. Here, I assess soil exo-enzyme activity to gain insight into the microbial carbon and nitrogen demand, and use standardized litter to evaluate soil decomposition dynamics. The findings suggest that the effects of livestock grazing on soil exo-enzyme activity and litter decomposition can just partly be explained by grazing-driven soil compaction resulting in lower oxygen availability. Instead, grazing effects on microbial nutrient demand seems to be an at least equally important control on decomposition processes in salt marshes.
Chapter 3 assesses the interactive effects of plant genotype and flooding frequency on soil microbial community structure, soil exo-enzyme activity, and litter breakdown in a controlled mesocosm experiment. This study concludes that adaptive genetic variation in plants can suppress or facilitate the effects of sea-level rise on soil microbial communities and microbial activity.
Chapter 4 investigates soil exo-enzyme activity, microbial biomass, and litter decomposition at both topsoil and subsoil under field warming in a Northwest European salt marsh. Results show that the stimulating effect of temperature on soil microbial functioning is greater in the dry high marsh than in the frequently inundated pioneer zone. Besides, both topsoil and subsoil of soil exo-enzyme activity and microbial biomass are also strongly affected by warming. This finding suggests warming effects are not just restricted to the topsoil. Higher soil microbial functioning in deeper soils and the indirect effects of warming via soil moisture could increase microbial decomposition in salt marsh soils and thus decrease their C-sink capacity with global warming.
My works show that global change strongly affects soil microbial functioning (i.e. soil microbial community composition, soil microbial biomass, and exo-enzyme activity), with important implications for carbon and nitrogen microbial demand in salt marsh soils. Besides, even though the litter breakdown parameters (decomposition rate constant and stabilization factor) respond differently to each global change factor, they also reveal new insights into decomposition dynamics. In conclusion, this thesis improves the understanding of global change effects on decomposition processes via soil microbial activity and litter breakdown in salt marshes.

Salzwiesen sind dafür bekannt, Kohlenstoff in hoher Rate im Boden festzulegen. Verschiedene Faktoren des Globalen Wandels haben das Potenzial, diese wichtige Ökosystemleistung von Salzwiesen zu verändern, indem sie das Gleichgewicht zwischen dem Eintrag an organischer Substanz durch die Primärproduktion der Pflanzen und dem Austrag durch Zersetzungsprozesse beeinflussen. Der größte Teil der aktuellen Debatte, über die durch den Globalen Wandel verursachte Veränderung der Kohlenstoff-Festlegung hat sich jedoch mit der Pflanzenproduktion befasst, während die Dynamik des Abbaus organischer Substanz noch weitgehend unbekannt ist. Daher konzentriert sich diese Arbeit auf die Auswirkungen mehrerer Faktoren des Globalen Wandels (Nutztierhaltung, Meeresspiegelanstieg und Erwärmung) auf die mikrobielle Aktivität des Bodens und den Streuabbau in Salzwiesen, mit dem Ziel, ihren Einfluss auf den Zersetzungsprozess zu verstehen, was entscheidende Auswirkungen auf die Kohlenstoff-Festlegung hat. Fünf Kapitel sind in dieser Arbeit enthalten: Kapitel 1 enthält eine allgemeine Einführung in das Thema. Kapitel 2 bis Kapitel 4 sind drei Manuskripte als Hauptteil. Kapitel 5 ist eine allgemeine Diskussion, in der untersucht wird, wie die Ergebnisse der Hauptkapitel (2-4) auf einer räumlich breiteren Skala miteinander in Beziehung stehen und in den Richtungen für die zukünftige Forschung angeben werden.
Kapitel 2 stellt die Ergebnisse eines Beweidungsexperiments in einer Salzwiese des chinesischen Jangtse-Ästuars dar. Hier betrachte ich die Exo-Enzymaktivität des Bodens, um einen Einblick in den mikrobiellen Kohlenstoff- und Stickstoff- Bedarf zu gewinnen und um die Zersetzungsdynamik standardisierter im Boden zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Auswirkungen der Nutztieraktivität auf die Exo-Enzymaktivität des Bodens und den Abbau von Streu nur teilweise durch die trittbedingte Bodenverdichtung und dem resultierenden Sauerstoffmangel erklärt werden kann. Die Auswirkungen der Beweidung auf die mikrobielle Nährstoffbedarf scheinen eine mindestens ebenso wichtige in Rolle im Zersetzungsprozess zu spielen.
Kapitel 3 untersucht wie die Interaktion von Pflanzengenotyp und Meeresspiegelanstieg sich auf die Struktur der mikrobiellen Bodengemeinschaft, die Exo-Enzymaktivität und den Streuabbau in einem kontrollierten Mesokosmos-Experiment auswirkt. Diese Studie kommt zu dem Schluss, dass die adaptive genetische Variation in Pflanzen die Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs auf die mikrobiellen Bodengemeinschaften und die mikrobielle Aktivität sowohl unterdrücken als auch verstärken kann.
Kapitel 4 untersucht den Einfluss von Erwärmung auf die Exo-Enzymaktivität die mikrobielle Biomasse und die Zersetzung von Streu sowohl im Ober- als auch im Unterboden in einer europäischen Salzwiese. Die Ergebnisse zeigen, dass die stimulierende Wirkung der Erwärmung auf die mikrobielle Bodenfunktion in der trockeneren oberen Salzwiese größer ist als in der häufig überfluteten Pionierzone. Außerdem sind Erwärmungseffekte auf die Exo-Enzymaktivität und mikrobielle Biomasse sowohl im Ober- als auch im Unterbodendeutlich. Eine höhere mikrobielle Aktivität in tieferen Bodenschichten und die indirekten Auswirkungen der Erwärmung über die Bodenfeuchte könnten die mikrobielle Zersetzung in Salzwiesenböden erhöhen und damit deren C-Senken-Kapazität mit im Zuge der Globalen Erwärmung verringern.
Meine Arbeiten zeigen, dass der Globale Wandel die mikrobielle Funktionsfähigkeit des Bodens (d.h. die Zusammensetzung der mikrobiellen Bodengemeinschaft, die mikrobielle Bodenbiomasse und die Exo-Enzymaktivität) stark beeinflusst. Auch wenn die Streu-Abbauparameter (Zersetzungsratenkonstante und Stabilisierungsfaktor) auf jeden Faktor des globalen Wandels unterschiedlich reagieren, zeigen sie doch neue Erkenntnisse über die Zersetzungsdynamik. Zusammenfassend verbessert diese Arbeit das Verständnis der Auswirkungen des Globalen Wandels auf Zersetzungsprozesse durch Betrachtungen den bodenmikrobiellen Aktivität und des Streuabbaus in Salzwiesen.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/8818
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-90129
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Jensen, Kai
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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