Empörend! Sind Krabben ein Problem für die Speicherung von blauem Kohlenstoff?

Vor kurzem hat das Yantai Coastal Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit der Southern University of Science and Technology und anderen in- und ausländischen Institutionen neue Fortschritte bei der Untersuchung der Auswirkungen der benthischen Bioturbation an der Küste auf die Stabilität der Speicherung von blauem Kohlenstoff erzielt. Das entsprechende Papier wurde in National Science Advances veröffentlicht.

Küstenfeuchtgebiete sind wichtige organische Kohlenstoffspeicher und spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des globalen Kohlenstoffkreislaufs und des Klimawandels. Gelöste organische Stoffe (DOM) sind ein wichtiges Substrat oder Produkt biogeochemischer Prozesse und beeinflussen den Stoffwechsel, die Nährstoffaufnahme, den Spurenmetallkreislauf sowie die Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft in küstennahen Feuchtgebietsökosystemen. Benthische Tiere wie Winkerkrabben sind in Küstenfeuchtgebieten weit verbreitet. Ihr Bioturbationsverhalten, beispielsweise Nahrungssuche, Graben und Bauen von Löchern, beeinflusst den Stoffkreislauf an der Sedimentgrenzfläche erheblich. Bioturbation durch Winkerkrabben kann die organische Kohlenstoffspeicherung in Sedimenten modulieren, indem sie die DOM-Zusammensetzung verändert, die Treibhausgasemissionen erhöht und den Porenwasseraustausch fördert. Frühere Untersuchungen der Autoren ergaben, dass benthische Bioturbation in Salzwiesen das Potenzial zur Ablagerung von „blauem Kohlenstoff“ in Sedimenten und Höhlen durch Gezeitenauswaschung verringern kann. Darüber hinaus könnten erhöhte Treibhausgasemissionen aus den Höhlen der Winkerkrabben in Mangroven und Salzwiesen 35 bis 134 Prozent der Kohlenstoffablagerung in Sedimenten ausgleichen. Daher ist die Aufklärung des Einflussmechanismus der Höhlen der Winkerkrabbe auf die DOM-Zirkulation an der Küste hilfreich für das Verständnis des Evolutionsprozesses der Speicherung von blauem Kohlenstoff an der Küste.

Das Forschungsteam wählte vier typische Lebensräume der Winkerkrabbe entlang des Klimagradienten der chinesischen Festlandküste aus, nämlich Mangroven, Salzwiesen, kahle Strände und Gezeitenbäche, richtete 53 Paare von Probenahmestellen ein und führte eine vergleichende Untersuchung von mehr als 1.000 Sedimenten aus Höhlen der Winkerkrabbe und angrenzenden Sedimentmatrizen durch (Abbildung 1). Durch die Integration der Änderungen der chemischen Eigenschaften des aus dem Sedimentwasser extrahierten Materials, der mineralischen Eisen-Mangan-Komponenten, der spektralen Eigenschaften des DOM und der biochemischen Komponenten unter der Störung durch die Winkerkrabbe (Abbildung 2) wurde festgestellt, dass der Fluoreszenzindex (FI) in der Höhle höher war als in der Sedimentmatrix und dass die relative Häufigkeit aktiver organischer molekularer Komponenten (Lipide) in der Winkerkrabbenhöhle um 59 % zunahm, was darauf hindeutet, dass die Bioturbation der Winkerkrabben die mikrobielle Aktivität deutlich steigerte. Es ist auch erwähnenswert, dass in Flussmündungen die DOM-Konzentrationen in den Sedimenten der Winkerkrabbenhöhlen im Allgemeinen niedriger sind als in der umgebenden Sedimentmatrix (Abb. 1).

Abb. 1 Verteilung der Probenahmestellen in der Studie, (a) Räumliche Verteilung der Probenahmestellen in den Lebensräumen der Winkerkrabbe, darunter vier Lebensräume: Mangroven, Salzwiesen, helle Strände und Gezeitenbäche (b) Räumliche Verteilung des Verhältnisses der organischen Stoffkonzentration in und um die Löcher der Winkerkrabbe

Abb. 2 Auswirkungen von Winkerkrabben auf organische Stoffe in Sedimenten

Durch die Analyse der Spearman-Korrelationen zwischen einzelnen organischen Molekülen und Eisen-Mangan-Mineralkomponenten sowie Klimagradienten fanden wir heraus, dass (1) Winkerkrabbenhöhlen die Freisetzung aktiver organischer Stoffe aus Eisenoxiden und oxidierbaren Manganmineralien verstärken; (2) Nach der Freisetzung wird aktive organische Substanz von Mikroorganismen als inerte organische Substanz genutzt (Abbildung 3). (3) Bei zunehmenden Temperatur- und Niederschlagsgradienten kann die Mikroumgebung des Krabbenbaus den Mikroorganismen nicht genügend thermodynamische Energie zur Verfügung stellen, um diese aktiven Moleküle zu nutzen (Abbildung 4).

Abbildung 3 Spearman-Korrelation zwischen einzelnen organischen Molekülen und Eisen-Mangan-Mineralien

Abb. 4 Spearman-Korrelationen zwischen einzelnen organischen Molekülen und der mittleren Jahrestemperatur (MAT) sowie dem mittleren Jahresniederschlag (MAP)

Durch Berechnung der Gibbs-Halbwertsenergie für die freie Reaktionsenergie organischer Stoffe als Indikator für die Stabilität der Vergrabung von DOM stellten die Forscher fest, dass die Bioturbation durch Winkerkrabben die Stabilität der Vergrabung von blauem Kohlenstoff in der Küstenzone signifikant verringerte (Abbildung 5). Am stärksten betroffen waren Mangroven, gefolgt von Stränden, Gezeitenrinnen und Salzwiesen.

Abb. 5 Gibbs-Halbreaktions-Freie-Energie von organischer Substanz in Sedimentmatrix und Krabbenhöhlen

Die oben genannten Arbeiten beweisen, dass die Bioturbation durch Winkerkrabben den Schutz von organischen Stoffen durch Eisen- und Manganmineralien schwächt, die Stabilität der Speicherung von blauem Kohlenstoff in der Küstenzone verringert und dass die Zunahme des Klimagradienten diese Reaktion verstärkt (Abbildung 6). Zukünftige Forschungen müssen sich stärker auf Mikromethoden stützen, um die Auswirkungen der Störung durch Winkerkrabben auf den blauen Kohlenstoffkreislauf in Küstengebieten zu untersuchen.

Weitere Einzelheiten zur Studie finden Sie im Originalartikel:

Benthische Bioturbationen schwächen die Stabilität der Speicherung von blauem Kohlenstoff. Nationale Wissenschaftsoffensive. doi: 10.1360/nso/20240052