Climate change impact on soil availability and plant uptake of nitrogen in a Danish heathland

Over hele verden truer klimaforandringer økosystemer, og forårsager ændringer i artssammensætninger samt tab af biodiversitet. Det forventes at Jordens økosystemer kan øge deres nettoprimærproduktion, og dermed også deres kulstofbinding, på grund af den stigende atmosfæriske CO2-koncentration. Dette kan dog hæmmes hvis der opstår progressiv nitrogenbegrænsning (PNL) i systemerne. I dette forsøg blev der blev taget jord ud fra et klimamanipulationsforsøg på en dansk hede, og denne jord blev inkuberet i potter. Forsøget havde i seks års fået klimabehandlinger: forhøjet CO2, forhøjet temperatur og sommertørke, alene og i alle kombinationer. Der blev dyrket rødsvingel og byg i potterne, og mens et hold potter blev inkuberet i de respektive behandlinger, blev det andet hold potter blev inkuberet under normale forhold. Effekten af behandlingerne på tilgængeligheden af nitrogen (N) i jorden samt planternes optag af N, blev undersøgt ved hjælp af ekstraktioner og elementaranalyser, og desuden blev en 15N-tracerteknik brugt til at spore 15N-NH4+-optag i planterødder og -skud. Forhøjet CO2 havde modsatrettede virkninger, da det både stimulerede N mineralisering, men også reducerede mængden af plantetilgængeligt N, ved at øge mængden af N der var inkorporeret i organisk materiale. Forhøjet temperatur stimulerede N mineralisering, og denne øgede mineralisering modvirkede den CO2-skabte reduktion i plantetilgængeligt N. Tørkebehandlingen modvirkede de positive effekter af forhøjet CO2 og temperatur på N mineralisering. Derved førte tørkebehandlingen til nedsat tilgængelighed af N i jorden samt mindsket planteoptag af N. Resultaterne betyder, at tørkebehandling mindsker nitrogens kredsløb i systemet på kort sigt, hvilket kan kvælstofbegrænse vegetationen progressivt og dermed føre til, at kulstofbindingen i dette økosystem bliver reduceret på længere sigt.
Climate change is threatening ecosystems all over the world causing changes in species composition and loss of biodiversity. Earth’s ecosystems are expected to increase net primary productivity and carbon sequestration in response to the rising atmospheric CO2 concentration, but this may be limited by progressive nitrogen limitation (PNL) of the systems. Soil, from a Danish heathland experiment, was collected and pot incubated. The experiment had received six years of climate change treatments elevated CO2, elevated temperature, and prolonged summer droughts, solely and in all combinations. Red fescue and barley was grown in the pots, and one batch of pots was incubated in the respective treatments, while one batch was incubated at ambient levels. The effect of the treatments, on nitrogen (N) soil availability and plant uptake, was examined by use of soil extractions and elemental analyses, and a 15N tracer technique was use to trace 15N-NH4+ uptake in plant roots and shoots. Elevated CO2 had contrasting effects, as it both stimulated mineralization and reduced plant available N, by increasing the amount of N incorporated into organic material. Elevated temperature stimulated mineralization. The increased mineralization counteracted the reduction in plant available N, induced by elevated CO2. Drought counteracted the positive effects of elevated temperature and CO2 on mineralization. Thereby, drought led to decreased soil availability and plant uptake of N. The results imply that drought decreases N cycling, in the short-term investigation, which may lead to progressive N limitation of the vegetation and reduce carbon sequestration, in this ecosystem after long term manipulation.