Impacts of Vegetation and Temperature Changes on Carbon Cycling Microbial Communities in Arctic Wetlands

Abstract

Climate change causes disturbances to soil environments. Such disturbances include shifts in vegetation composition and rising temperatures, which can impact the microbial communities involved in soil carbon cycling. In this thesis, my emphasis was centered on two main aspects: the effects of vegetation changes, caused by herbivory, and the effects of temperature changes on the soil organic matter decomposition and greenhouse gas emissions in Arctic wetland soils. We applied a broad range of methods, including detailed vegetation and soil physiochemical descriptions, metagenomics and metatranscriptomics, microbial growth and biomass estimates, and greenhouse gas measurements to investigate changes in the soils and responses of the microbial communities. By combining these methods, we were able to uncover how vegetation changes can alter the activity of the soil organic matter decomposing microbial community, the soil microbial food web and the speed of the microbial loop. We were further able describe how microbial physiological adjustments to temperature change can lead to higher methane emissions during autumn cooling compared to spring and summer warming. This thesis therefore provides valuable new insights into the dynamics of carbon cycling and greenhouse gas emissions in Arctic wetlands, based on the response of the soil microbial communities to vegetation and temperature changes.

Klimaendringer forstyrrer jordsmonnet. Forstyrrelser kan forekomme som bl.a. vegetasjonsendringer og temperaturøkninger, som kan påvirke det mikrobielle samfunnet involvert i karbonsyklus. Denne avhandlingen tar for seg to hovedpunkter: Effektene av vegetasjonsendringer, som følge av fraværende planteetere, og temperaturendringer på mikrobiell nedbrytning av organisk materiale og utslipp av drivhusgasser fra arktisk myrer. Vi har anvendt et bredt spekter av metoder, inkludert detaljerte fysiokjemiske beskrivelser av vegetasjon og jordsmonn, metagenomikk og metatranskriptomikk, mikrobiell vekst og biomasse, og målinger av drivhusgass, for å undersøke hvilke endringer som forekommer i jordsmonnet og de mikrobielle samfunnene. Vi har avdekket hvordan endringer i vegetasjon endrer aktiviteten til mikroorganismene, sammensetningen av det mikrobielle næringsnettet, og omsetningen av mikrobiell biomasse. Vi var videre i stand til å beskrive hvordan mikrobielle fysiologiske justeringer som respons på temperaturendringer kan føre til høyere metanutslipp under kjøling på høsten s ammenlignet med oppvarming på sommeren. Denne avhandlingen gir verdifull innsikt i hvilke endringer som kan forekomme i karbonkretsløpet som et resultat av den mikrobielle responsen på endringer i vegetasjon og temperatur.