The impact of temperature on DOC production and quality in tundra soils

• Main Author: Born, Dorothea
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2010
• Subjects: Arctic; Greenland; Arktis; Arktis*; Grönland; permafrost; Tundra; Siberia
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.12731; https://othes.univie.ac.at/12731/

The large carbon stocks in Arctic permafrost soils are likely to be affected by climate warming. Warmer temperature might lead to increased decomposition and CO2 and CH4 release to the atmosphere, which could lead to a positive feedback on climate warming. Little is known about the potential production and the chemical composition of dissolved organic carbon (DOC) in tundra soils and the response of aquatic systems to potential changes in DOC quality. The hypothesis that higher temperatures will lead to an increase in DOC production, but to a decrease in the decomposability of DOC (DOC quality) was tested. We conducted an incubation experiment with tundra soils from Greenland and Siberia at different temperatures and monitored DOC production and quality over time. The bioavailability of the produced DOC was tested in another experiment, where microorganisms from Arctic rivers received DOC from the first experiment as substrates. Temperature was found to be a significant factor for microbial activity and DOC production. A constant proportion of total soil organic carbon was leached as DOC in both soils. DOC quality was assessed using spectrophotometric and fluorometeric methods. Over the incubation time, DOC got depleted in labile substances, and this depletion was more pronounced and faster for higher incubation temperatures. The bioavailability experiment showed a weak trend that samples incubated with DOC derived at 15°C exhibited a lower CO2 production rate. DOC produced at different temperatures did not exhibit significantly different microbial decomposition. Our results suggest that rising temperatures in the Arctic may lead to an increase in the amount of DOC leached from permafrost soils that will be more depleted in labile substances. : Permafrostböden speichern große Menge an Kohlenstoff, da die kalten und feuchten Bedingungen in der Arktis die Abbauprozesse von organischem Material in Böden in der Vergangenheit stärker verlangsamt haben als den Aufbau von Biomasse. Diese Kohlenstoffspeicher sind durch den Klimawandel gefährdet, da höhere Temperaturen die Abbaubedingungen begünstigen könnten. Durch erhöhte mikrobielle Atmung könnte mehr CO2 in die Atmosphäre gelangen und zu einer positiven Rückkoppelung auf den Klimawandel führen. Mikroorganismen nehmen primär gelösten organische Kohlenstoff (dissolved organic carbon, DOC) auf, weshalb diesem in den Permafrostböden eine besondere Bedeutung zukommt. Die vorliegende Arbeit untersuchte, inwiefern sich Produktion und chemische Zusammensetzung des DOCs unter erhöhten Temperaturen ändern und welche Auswirkungen dies auf seine Abbaubarkeit durch aquatische Mikroorganismen hat. Wir stellten die Hypothese auf, dass erhöhte Temperaturen zwar die Menge des produzierten DOCs erhöhen, jedoch seine Qualität verringern würde. In einem ersten Experiment wurden Tundraböden aus Grönland und Sibirien bei drei verschiedenen Temperaturen inkubiert und die DOC-Produktion über acht Wochen verfolgt. In einem zweiten Experiment wurde die Abbaubarkeit dieses DOCs getestet. Mikrobielle Gemeinschaften aus grönländischen und sibirischen Flüssen erhielten DOC aus dem ersten Experiment als Substrat. Die mikrobielle Aktivität wurde in beiden Versuchen mittels CO2-Produktion gemessen. Temperatur erwies sich als entscheidender Faktor für mikrobielle Aktivität und DOC-Produktion. Die Böden unterschieden sich hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehaltes, der Anteil des ausgewaschenen DOCs zum Gesamtkohlenstoffgehalt war jedoch ähnlich. Die Qualität des DOCs verringerte sich über die Inkubationszeit. Proben, die mit DOC aus den Inkubationen bei 15°C versetzt wurden, produzierten weniger CO2. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch steigende Temperaturen in der Arktis zukünftig mehr DOC aus den Permafrostböden ausgewaschen werden könnte. Dieser DOC wird mehr höhermolekulare Substanzen enthalten und daher schlechter abbaubar sein.