Hoe klimaatverandering het bodemmicrobioom beïnvloedt

De meeste wezens die worden gebruikt om de tragedie van klimaatverandering te illustreren, zijn de bekende variëteit:ijsberen. Monarch vlinders. Zeeschildpadden. Onze bodem wordt echter vaak over het hoofd gezien - het wemelt van miljarden microscopisch kleine organismen die de meest biodiverse omgeving op aarde vormen. Zoals alle levende wezens worden ook zij beïnvloed door klimaatverandering.

Er is een feit dat vaak wordt genoemd als mensen het over bodem hebben:er zijn meer micro-organismen in een theelepel gezonde grond dan er mensen op aarde zijn.

De matrix van levende wezens die het planten- en dierenleven recyclen is ongelooflijk complex, met bacteriën, protozoa, schimmels, actinomyceten, nematoden en anderen die op talloze, grotendeels niet in kaart gebrachte manieren met elkaar omgaan. En dus, hoe kunnen droogte, overmatige regenval, hitte en verhoogde CO2 die relaties beïnvloeden?

Bodemmicro-organismen vormen de basis van al het leven op aarde, dus het is een cruciale vraag voor iedereen. Als de microben in de war zijn, zal al het andere dat ook zijn. Maar voor boeren is het vooral cruciaal. Conventionele landbouw, met zijn chemische input en bodemdegradatie, brengt micro-organismen en hun ecosystemen al uit balans, met rampzalige langetermijneffecten op de oogsten. Klimaatverandering kan het probleem enorm verergeren.

Hoe dat er precies uit gaat zien, is niet duidelijk. Als het weer en de groeiomstandigheden veranderen, kunnen de bacteriën en schimmels die planten helpen om voedingsstoffen op te nemen, bijvoorbeeld hun evenwicht verschuiven met minder gunstige microben? Kunnen bestaande ziekteverwekkers krachtiger worden? Zou er zelfs een massale afsterving kunnen plaatsvinden?

"Wat er ook gebeurt, het zal waarschijnlijk niet extreem zijn", zegt Jennifer Martiny, hoogleraar ecologie aan UC Irvine, die zich richt op microbiële diversiteit. “Microben zullen niet uitsterven. Ze zijn zeer aanpasbaar; ze zullen het waarschijnlijk overleven.”

Maar verder, zegt Martiny, hoewel het zeker is dat micro-organismen worden beïnvloed, weet niemand precies hoe. “De samenstelling van microben verandert met klimaatverandering. Het zal het functioneren beïnvloeden', zegt ze. "Maar voorspellen is best moeilijk."

Er zijn een aantal redenen voor die onzekerheid. De grootste is de ongelooflijke complexiteit van het bodemmicrobioom en het web van relaties daar. Schimmels interageren met andere soorten schimmels, met bacteriën, met de eencellige organismen die protisten worden genoemd, met plantenwortels - en dat alles is onzichtbaar voor het blote oog. De inspanningen van onderzoekers om die reeks verbindingen te schetsen, bevinden zich nog in een zeer basaal stadium.

Door Taigi, Shutterstock.

En dan is er nog het feit dat micro-organismen in de bodem plantaardig organisch materiaal afbreken en de resulterende koolstof in de bodem opslaan of als koolstofdioxide in de atmosfeer afgeven. Als klimaatverandering hun ademhaling van CO2 versnelt, kan dit een vicieuze cirkel creëren die de klimaateffecten verergert. Het tegenovergestelde zou ook kunnen gebeuren, wat betekent dat microben de effecten van klimaatverandering zouden kunnen dempen door meer koolstof ondergronds op te slaan.

Bepalen wat er waarschijnlijk zal gebeuren in het geval van verhoogde atmosferische CO2 - of andere factoren zoals meer hitte en meer of minder water dan normaal - heeft nog een andere moeilijkheidsgraad:die omstandigheden zijn moeilijk na te bootsen in een langetermijnonderzoekscontext. En de experimenten die zijn gedaan, hebben grotendeels plaatsgevonden in natuurlijk voorkomende omgevingen zoals bossen en graslanden, niet in agrarische omgevingen.

Wetenschappers hebben enkele waarnemingen gedaan over hoe bodemmicroben reageren onder nieuwe omstandigheden die verband houden met klimaatverandering. Een colloquium van experts uit het hele land kwam in november virtueel bijeen om het onderwerp te bespreken. Een volgend rapport stelde vast dat klimaatopwarming de diversiteit van microben kan verminderen, de complexiteit van hun relaties kan vergroten en hun afbraak van organisch bodemmateriaal kan versnellen. Er zullen waarschijnlijk nieuwe ziekteverwekkers ontstaan.

De onderzoekers hadden echter een voorbehoud:deze bevindingen zijn mogelijk niet van toepassing op alle bodems. De samenstelling van microben op het ene bedrijf kan immers totaal anders zijn dan die van een ander. "Het hangt altijd van de bodem af", zegt Janet Jansson, hoofdwetenschapper biologie aan het Pacific Northwest National Laboratory en deelnemer aan het colloquium.

Maar Jansson benadrukt dat microben over de hele linie de neiging hebben om zich aan te passen. "Er is iets grappigs met micro-organismen:als je ze een verandering in omgeving, hulpbron of conditie geeft, vinden ze hun weg", zegt ze. "Je kunt van sommigen een klein aantal hebben, en onder de juiste omstandigheden zullen ze beginnen te bloeien."

Jennifer Pett-Ridge, een senior stafwetenschapper die bodemmicrobiële ecologie bestudeert aan het Lawrence Livermore National Laboratory, is het daarmee eens. "Elk micro-organisme heeft een zak met trucs ... het is moeilijk om uit te voeren - een gedefinieerde functionele eigenschapruimte", legt ze uit. "Dus hier is een organisme dat [zuurstofarm] aankan als het onder water staat, of een ander dat een laag waterpotentieel aankan." Zolang er een breed scala aan microben in de bodem aanwezig is, zullen sommige onder nieuwe omstandigheden gedijen.

Dus ondanks alle onzekerheid over hoe micro-organismen in de bodem zullen reageren op klimaatverandering, is er eigenlijk een eenvoudig antwoord voor telers die zich hierover zorgen maken:ga voor een bodem die wordt bevolkt door een diverse groep microben.

Dat lijkt misschien moeilijk te bevestigen zonder een microscoop, maar wetenschappers zeggen dat het eigenlijk intuïtief is. Focus op het bouwen van een gezonde bodem, en de diversiteit komt vanzelf. En een gezonde bodem, divers of niet, zal zijn eigen voordelen opleveren in het licht van klimaatverandering.

Het blijkt dat de gesprekken van het afgelopen decennium over bodemgezondheid en regeneratieve landbouw ook op het spel staan ​​als het gaat om klimaatverandering.

“Bodemgezondheid is echt de basis van een veerkrachtig landbouwsysteem. Het is de basis”, zegt Matt Wallenstein, voormalig hoofd van de afdeling bodem- en gewaswetenschappen aan de Colorado State University, en huidig ​​hoofd bodemwetenschapper bij het landbouwbedrijf Syngenta.

Het bouwen van een veerkrachtig landbouwsysteem betekent het kweken van veel verschillende planten, omdat elke plant iets anders biedt voor microben. Het vermijden van pesticiden is ook de sleutel, omdat ze sommige van die kleine organismen kunnen uitroeien.

Een luchtfoto van velden met diverse gewasgroei. Door YueStock, Shutterstock.

Het betekent ook de bodem zo min mogelijk verstoren. Naast andere voordelen helpen boeren die hun land slechts ondiep of helemaal niet bewerken, mycorrhizae in stand te houden, een nuttige schimmel die plantenwortels verbindt met voedingsstoffen en andere microben. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat mycorrhiza-schimmels een plant kunnen helpen de productiviteit te behouden bij droogte.

Verschillende onderzoekers benadrukken verschillende praktijken. “Als ik mijn microben tevreden wil houden, wat kan ik dan doen? Ik denk dat het neerkomt op organische stof in de bodem – het heeft de neiging om het systeem te bufferen”, zegt Daniel Buckley, een microbiële ecoloog aan de Cornell University. Hij beveelt seizoensgebonden gebruik van bodembedekkers aan. Anderen zeggen dat regelmatige toepassingen van compost de sleutel zijn.

Sommige bedrijven, waaronder Syngenta, hebben probiotica of bio-inoculanten ontwikkeld die nuttige microben gebruiken. Hoewel deze mogelijk nuttig kunnen zijn om de natuurlijke microbiële activiteit te stimuleren in het licht van klimaatverandering, is onderzoek naar hun effectiviteit niet doorslaggevend.

Voor nu is de beste manier om je voor te bereiden op de effecten van klimaatverandering op micro-organismen door de bodem zo goed mogelijk te verzorgen. "Microben zijn onze bondgenoten - een vriend van de boer", zegt Wallenstein. "Zolang we voor ze zorgen door goed rentmeesterschap en beheer van onze bodems, zullen ze hun steentje bijdragen om de gezondheid van planten te ondersteunen."