Microbial life in boreal soils: on the availability and fate of carbon substrates for microbial activity in boreal soils

Globalt sett finns det mer kol bundet i marken än vad som finns i både atmosfären och i växter i biosfären tillsammans. Det gör att även små förändringar i nedbrytningen av markens organiska material (OM) som drivs av mikrobiell aktivitet kan ha betydande konsekvenser för den globala kolbalansen. En övervägande stor del av markkolet återfinns i nordligt belägna ekosystem. Både nutida observationer och modellprognoser för framtida förhållanden tyder på att klimat-förändringarna särskilt påverkar dessa ekosystem. Mot denna bakgrund är det av stor vikt att undersöka de faktorer som kan påverka den känsliga balansen i utbytet av CO₂ mellan mark och atmosfär. Med hjälp av avancerade molekylära och biokemiska tekniker undersöker denna avhandling både substrattillgång och substratutnyttjande av kol i marken under kontrollerade, men biologiskt relevanta betingelser för jordar som är representativa för det boreala landskapet. Den molekylära karakteriseringen av OM visade att olika trädslag signifikant påverkar OM genes både genom att ändra ackumuleringshastigheterna och dess organo-kemiska sammansättning. En stark koppling mellan nedbrytning av OM och markorganismerna var tydlig, med den organo-kemiska sammansättningen av OM som länkande faktor. Vidare framkom att cellulosastrukturen och dess kristallinitetsgrad är ett centralt inslag som reglerar hastigheten av cellulosahydrolys och efterföljande nedbrytning av kol i boreal skogsmark. Detta arbete utgör den första empiriska observationen som visar att markorganismerna i frusen skogsmark kan hydrolysera cellulosa och använda det frigjorda substratet för både katabolisk och anabolisk metabolism. Dessa resultat, tillsammans med resultat från myrmarksexperiment, visar att både fortgående mikrobiell nedbrytning av kol (biopolymerer och monomerer) och syntes av ny mikrobiell biomassa under vintern är en utbredd företeelse i det boreala landskapet. Resultaten visar också att små skillnader i marktemperaturer under vintern kan få stora konsekvenser för kolnedbrytning i skogs- och myrmarken. Den mikrobiella aktiviteten och substratutnyttjandet upphörde aldrig helt i det intervall av temperaturer som undersöktes. Vid lägre temperaturer fanns dock tydliga termodynamiska begränsningar. Även om processerna vid låga temperaturer är långsamma bör deras betydelse inte försummas, särskilt med tanke på den globala skalan och de långvariga vintrarna typiska för boreala ekosystem. Sammanfattningsvis utgör denna avhandling ett värdefullt bidrag till förståelsen av substrattillgång och substratutnyttjande av kol i marken som drivs av mikrobiell aktivitet i en av världens största sänkor av kol i biosfären.