Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Nedbrytningshastigheten för organiskt material i marken kan komma att förändras vid varmare klimat. I dagsläget råder dock oenighet om hur nedbrytningen av organiskt material kommer att reagera på förändrade temperaturer; forskningsrapporter pekar åt olika håll. För att kunna förutsäga framtida scenarier är det viktigt att vi får kunskap om hur organiskt material kan komma att påverkas. Om koncentrationen av koldioxid i atmosfären ökar och den globala medeltemperaturen stiger kan nedbrytningshastigheten för organiskt material öka. Detta kan leda till en positiv feedback loop där mer koldioxid avgår från marken till atmosfären.

För att utreda vilken effekt olika biopolymerer har på temperaturresponsen, samt betydelsen av fysiologisk status i de mikrobiella samhällena, inkuberades humus från en boreal granskog vid 4, 9, 14 och 19oC med tillsats av olika glukosbaserade biopolymerer. De metaboliska stadierna hos mikroorganismerna som studerades var basrespiration (BS), substratinducerad respiration (SIR) och exponentiell tillväxt (μ). En respirometer användes under försöket för att mäta koldioxidavgången från jordproverna. Vid BS kunde ett exponentiellt samband mellan temperatur och mängd koldioxid som avgick från jordproverna ses. För SIR uppvisade alla studerade substrat, förutom cellulosa, exponentiella samband mellan temperatur och mängd koldioxid som avgick från jorden. Alla substrats Q10-värden för SIR var högre än Q10 för BS. Q10-värdena för μ uppvisade signifikant skillnad (p > 0,05) mellan de olika substraten. Alla substrat som uppvisade exponentiell tillväxt hade högre Q10-värden för μ än Q10 för BS.

Q10-värdena som beräknades varierade mellan 2,22 och 4,69 vilket ligger inom de värden som beräknats för Q10 i många andra försök där jord inkuberats och rena substrat tillsats. Enligt hypotesen bör temperaturresponsen för heterotrofa processer minska med ökande substratkvalité. När resultaten jämförs med hypotesen om att svårnedbrytbara substrat bör uppvisa högre Q10-värden framkom vissa motsägelsefulla resultat. Amylos har högre Q10-värde än amylopektin och detta stöder teorin om högre Q10-värden för substrat med lägre kvalité. Dock har kitin och mannitol som är de substrat med lägst kvalité i försöket även de lägsta Q10-värdena. Den andra hypotesen var att temperaturresponsen för de olika mikrobiella stadierna SIR och μ borde vara signifikant olika. Inte heller här gick det att dra några generella slutsatser då endast hälften av resultaten uppvisade signifikant skillnad mellan Q10 för SIR och μ. Det behövs mer forskning inom området för att kunna fastställa hur organiskt material i olika stadier av nedbrytning kommer att reagera vid ett varmare klimat. Även den mikrobiella fysiologiska statusens inverkan på temperaturresponsen behöver utredas ytterligare.

The rate of decomposition of organic matter in different decomposition stages can be altered due to warmer climate. Today there is a dissension about how the decomposition rates of organic matter will react to changing temperatures, research reports point in different directions. To be able to predict future scenarios it is important to gain knowledge about how organic matter will be affected. If the concentration of carbon dioxide in the atmosphere increases and the global mean temperature rises, the decomposition rates of organic matter can increase. This could lead to a positive feedback loop where more carbon dioxide is released from the soil to the atmosphere.

To investigate what effects different carbon polymers have on the temperature response and the significance of the physiologic status in the microbial communities, humus from a boreal spruce forest was incubated at 4, 9, 14 and 19oC and several different glucose based biopolymers were added. The metabolic stages of the microorganisms that were studied was basal respiration (BS), substrate induced respiration (SIR) and exponential growth (μ). A respirometer was used during the experiment to measure the amount of carbon dioxide leaving the soil samples. An exponential relation between BS, the temperature and the amount of carbon dioxide released from the soils were shown. For SIR all the studied substrates, except cellulose, showed exponential relations between temperature and the amount of carbon dioxide leaving the soil samples. The Q10-values of all the substrates studied were higher than Q10 of BS. The Q10-values of μ showed a significant difference (p > 0,05) between the different substrates. All substrates that reached μ all had higher Q10-values for μ than Q10 of BS

The Q10-values that were calculated varied between 2,22 and 4,69 which is within the values that have been calculated for Q10 in many other experiments where soil have been incubated and pure substrates been added. According to the hypothesis the temperature response of heterotrophic processes should decrease with increasing substrate quality. When the results are compared to the hypothesis that recalcitrant substrates should show higher Q10-values there were some contradicting results. Amylose has a higher Q10-value than amylopectin and this would support the theory of higher Q10-values in low quality substrates. However chitin and mannitol which are the substrates with the lowest quality also has the lowest Q10-values. The second hypothesis was that the temperature response of the different microbial stages SIR and μ should be significantly different. It was not possible to draw any general conclusions since only half of the results showed significant difference between Q10 of SIR and μ. More studies within this research area are necessary in order to determine how decomposition of organic matter will react to a warmer climate. The influence of microbial physiologic status on the temperature response also needs further investigation.