Bis zum Jahr 2100 wird ein weltweiter Temperaturanstieg von zwei bis vier Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau prognostiziert, begleitet von einer Verdoppelung des heutigen Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre. Die Niederschlagsmengen könnten in Deutschland etwas zurückgehen. „Der Klimawandel und Metalle versetzen die Mikroorganismen im Boden, in ihrer Gesamtheit als Bodenmikrobiom bezeichnet, unabhängig voneinander in Stress. Wir wollten nun die bisher wenig bekannten kombinierten Effekte dieser Einflüsse untersuchen“, berichtet Marie Muehe. Giftige Metalle gebe es in jedem Boden auf unserer Erde, sagt die Forscherin, doch spielten sie in gebundener Form kaum eine Rolle für die Bodenlebewesen und den Pflanzenanbau. Anders sei es, wenn die Metalle mobilisiert werden. „In unserer Studie haben wir das Paradebeispiel eines giftigen im Boden vorkommenden Metalls untersucht, das Cadmium“, sagt sie. Cadmium wirke auf alle Lebewesen giftig, weil es physiologische Prozesse in den Zellen hemmt.
Komplexe Wechselwirkungen
Im Experiment hat das Forschungsteam Säulen mit landwirtschaftlich genutzten Böden gefüllt, die von verschiedenen Betrieben zur Verfügung gestellt wurden. „Wir haben diese Böden im Labor eine reguläre Wachstumsperiode in Deutschland durchlaufen lassen, aber unter den angenommenen Klimabedingungen des Jahres 2100“, erklärt der Erstautor der Studie Sören Drabesch von der Universität Tübingen und dem UFZ. „Die Änderungen des Bodens und Bodenmikrobioms wurden zeitlich aufgelöst untersucht.“
Im Ergebnis stellte das Forschungsteam fest, dass die Mobilität des im Boden vor-handenen Cadmiums unter den künftigen Klimabedingungen bei sommerlichen Temperaturen in leicht sauren Böden gegenüber heutigen Bedingungen um etwa 40 Prozent zunimmt. „Es ist dann in höheren Konzentrationen im Porenwasser des Bodens zu finden und beeinflusst das Bodenmikrobiom, beziehungsweise das Aktivitätsmuster verschiedener Mikroorganismen“, sagt Drabesch. „Bestimmte Mikroorganismen werden aktiver, verwerten mehr Stickstoff und versauern das Bodenmilieu dadurch weiter.“ In manchen Böden steigen die Cadmiumwerte so stark, dass das Bodenmikrobiom darunter leidet und das Ökosystem seine Funktionsweise anpassen muss. Hingegen hätten sich bei ursprünglich leicht alkalischen Böden keine vergleichbaren Probleme gezeigt. Dort sei auch unter veränderten Klimabedingungen das Cadmium nicht stärker mobilisiert worden.
Die Studie zeige, wie komplex die Wechselwirkungen zwischen dem Klimawandel, den Stoffen im Boden und den Bodenmikrobiomen seien, sagt Muehe. „Die Ökosysteme, eben auch die landwirtschaftlichen Ökosysteme, könnten in Zukunft massiv durch erhöhte Mengen an mobilem Cadmium gestört werden. Dadurch könnten sich auch die durch die Landwirtschaft entstehenden Treibhausgasemissionen ändern und das mobile Cadmium in Nutzpflanzen gelangen, was dann gesundheitsschädlich für den Menschen sein könnte.“ Diese Entwicklungen müssten weiter beobachtet werden.
Universität Tübingen
Originalpublikation:
Sören Drabesch, Oliver J. Lechtenfeld, Esmira Bibaj José Miguel Leon Ninin, Juan Lezama Pachecco, Scott Fendorf, Britta Planer-Friedrich, Andreas Kappler, E. Marie Muehe: Climate induced microbiome alterations increase cadmium bioavailability in agricultural soils with pH below 7. Nature Communications Earth and Environment, https://doi.org/10.1038/s43247-024-01794-w
