• Energy Research

AbstractLand use is a key factor driving changes in soil carbon (C) cycle and contents worldwide. The priming effect (PE)—CO2 emissions from changed soil organic matter decomposition in response to fresh C inputs—is one of the most unpredictable phenomena associated with C cycling and related nutrient mobilization. Yet, we know very little about the influence of land use on soil PE across contrasting environments. Here, we conducted a continental‐scale study to (i) determine the PE induced by 13C‐glucose additions to 126 cropland and seminatural (forests and grasslands) soils from 22 European countries; (ii) compare PE magnitude in soils under various crop types (i.e., cereals, nonpermanent industrial crops, and orchards); and (iii) model the environmental factors influencing PE. On average, PEs were negative in seminatural (with values ranging between −60 and 26 µg C g−1 soil after 35 days of incubation; median = −11) and cropland (from −55 to 27 µC g−1 soil; median = −4.3) soils, meaning that microbial communities preferentially switched from soil organic C decomposition to glucose mineralization. PE was significantly less negative in croplands compared with seminatural ecosystems and not influenced by the crop type. PE was driven by soil basal respiration (reflecting microbial activity), microbial biomass C, and soil organic C, which were all higher in seminatural ecosystems compared with croplands. This cross European experimental and modeling study elucidated that PE intensity is dependent on land use and allowed to clarify the factors regulating this important C cycling process.

Deadwood is a large global carbon store with its store size partially determined by biotic decay. Microbial wood decay rates are known to respond to changing temperature and precipitation. Termites are also important decomposers in the tropics but are less well studied. An understanding of their climate sensitivities is needed to estimate climate change effects on wood carbon pools. Using data from 133 sites spanning six continents, we found that termite wood discovery and consumption were highly sensitive to temperature (with decay increasing >6.8 times per 10°C increase in temperature)—even more so than microbes. Termite decay effects were greatest in tropical seasonal forests, tropical savannas, and subtropical deserts. With tropicalization (i.e., warming shifts to tropical climates), termite wood decay will likely increase as termites access more of Earth’s surface.

Résumé Les animaux, tels que les termites, ont été largement négligés en tant que moteurs à l'échelle mondiale des cycles biogéochimiques 1,2 , malgré les résultats spécifiques au site 3,4 . Le renouvellement du bois mort, une composante importante du cycle du carbone, est entraîné par de multiples agents de désintégration. Des études se sont concentrées sur les systèmes tempérés 5,6 , où les microbes dominent la désintégration 7 . La désintégration microbienne est sensible à la température, doublant généralement pour une augmentation de 10 °C (désintégration efficace Q 10 = ~2) 8–10 . Les termites sont des désintégrateurs importants dans les systèmes tropicaux 3,11–13 et diffèrent des microbes par leur dynamique de population, leur dispersion et leur découverte de substrat 14–16 , ce qui signifie que leurs sensibilités climatiques diffèrent également. En utilisant un réseau de 133 sites couvrant 6 continents, nous rapportons la première quantification mondiale sur le terrain des sensibilités à la température et aux précipitations pour les termites et les microbes, fournissant de nouvelles compréhensions de leur réponse aux changements climatiques. La sensibilité à la température de la désintégration microbienne se situait dans les estimations précédentes. La découverte et la consommation de termites étaient toutes deux beaucoup plus sensibles à la température (désintégration effective Q 10 = 6,53), ce qui entraînait des différences frappantes dans le taux de renouvellement du bois mort dans les zones avec et sans termites. Les impacts de termites ont été les plus importants dans les forêts tropicales saisonnières, les savanes et les déserts subtropicaux. Avec la tropicalisation 17 (c.-à-d., le réchauffement se déplace vers un climat tropical), la contribution des termites à la décomposition mondiale du bois augmentera à mesure qu'une plus grande partie de la surface de la terre deviendra accessible aux termites. Resumen Los animales, como las termitas, se han pasado por alto en gran medida como impulsores a escala mundial de los ciclos biogeoquímicos 1,2 , a pesar de los hallazgos específicos del sitio 3,4 . La rotación de la madera muerta, un componente importante del ciclo del carbono, es impulsada por múltiples agentes de descomposición. Los estudios se han centrado en los sistemas templados 5,6 , donde los microbios dominan la descomposición 7 . La descomposición microbiana es sensible a la temperatura, por lo general se duplica por cada aumento de 10 ° C (Q efectiva de descomposición 10 = ~2) 8–10 . Las termitas son desintegradores importantes en los sistemas tropicales 3,11–13 y difieren de los microbios en su dinámica de población, dispersión y descubrimiento de sustratos 14–16 , lo que significa que sus sensibilidades climáticas también difieren. Utilizando una red de 133 sitios que abarcan 6 continentes, informamos la primera cuantificación global basada en el campo de las sensibilidades a la temperatura y la precipitación para termitas y microbios, proporcionando una comprensión novedosa de su respuesta a los climas cambiantes. La sensibilidad a la temperatura de la descomposición microbiana estaba dentro de las estimaciones anteriores. El descubrimiento y el consumo de termitas fueron mucho más sensibles a la temperatura (descomposición efectiva Q 10 = 6.53), lo que llevó a diferencias sorprendentes en la rotación de madera muerta en áreas con y sin termitas. Los impactos de termitas fueron mayores en los bosques tropicales estacionales, las sabanas y los desiertos subtropicales. Con la tropicalización 17 (es decir, el calentamiento cambia a un clima tropical), la contribución de las termitas a la descomposición global de la madera aumentará a medida que más de la superficie de la tierra se vuelva accesible para las termitas. Abstract Animals, such as termites, have largely been overlooked as global-scale drivers of biogeochemical cycles 1,2 , despite site-specific findings 3,4 . Deadwood turnover, an important component of the carbon cycle, is driven by multiple decay agents. Studies have focused on temperate systems 5,6 , where microbes dominate decay 7 . Microbial decay is sensitive to temperature, typically doubling per 10°C increase (decay effective Q 10 = ~2) 8–10 . Termites are important decayers in tropical systems 3,11–13 and differ from microbes in their population dynamics, dispersal, and substrate discovery 14–16 , meaning their climate sensitivities also differ. Using a network of 133 sites spanning 6 continents, we report the first global field-based quantification of temperature and precipitation sensitivities for termites and microbes, providing novel understandings of their response to changing climates. Temperature sensitivity of microbial decay was within previous estimates. Termite discovery and consumption were both much more sensitive to temperature (decay effective Q 10 = 6.53), leading to striking differences in deadwood turnover in areas with and without termites. Termite impacts were greatest in tropical seasonal forests and savannas and subtropical deserts. With tropicalization 17 (i.e., warming shifts to a tropical climate), the termite contribution to global wood decay will increase as more of the earth's surface becomes accessible to termites. تم التغاضي إلى حد كبير عن الحيوانات، مثل النمل الأبيض، كمحركات عالمية النطاق للدورات الكيميائية الجيولوجية الحيوية 1،2 ، على الرغم من النتائج الخاصة بالموقع 3،4 . دوران الخشب الميت، وهو عنصر مهم في دورة الكربون، مدفوع بعوامل اضمحلال متعددة. وقد ركزت الدراسات على النظم المعتدلة 5،6 ، حيث تهيمن الميكروبات على الاضمحلال 7 . يكون الاضمحلال الميكروبي حساسًا لدرجة الحرارة، وعادة ما يتضاعف لكل زيادة 10 درجات مئوية (الاضمحلال الفعال Q 10 =~2) 8–10 . النمل الأبيض من المتحللين المهمين في الأنظمة الاستوائية 3،11-13 ويختلف عن الميكروبات في ديناميكياتها السكانية وانتشارها واكتشاف الركائز 14–16 ، مما يعني أن حساسياتها المناخية تختلف أيضًا. باستخدام شبكة من 133 موقعًا تمتد عبر 6 قارات، نبلغ عن أول قياس كمي ميداني عالمي لدرجات الحرارة وحساسيات هطول الأمطار للنمل الأبيض والميكروبات، مما يوفر فهمًا جديدًا لاستجابتها للمناخ المتغير. كانت حساسية درجة حرارة الاضمحلال الميكروبي ضمن التقديرات السابقة. كان اكتشاف النمل الأبيض واستهلاكه أكثر حساسية لدرجة الحرارة (التحلل الفعال Q 10 = 6.53)، مما أدى إلى اختلافات صارخة في دوران الأخشاب الميتة في المناطق التي تحتوي على النمل الأبيض أو لا تحتوي عليه. كانت آثار النمل الأبيض أكبر في الغابات الموسمية الاستوائية والسافانا والصحاري شبه الاستوائية. مع الاستوائية 17 (أي، يتحول الاحترار إلى مناخ استوائي)، ستزداد مساهمة النمل الأبيض في تحلل الخشب العالمي مع وصول المزيد من سطح الأرض إلى النمل الأبيض.

AbstractEarthworms are an important soil taxon as ecosystem engineers, providing a variety of crucial ecosystem functions and services. Little is known about their diversity and distribution at large spatial scales, despite the availability of considerable amounts of local-scale data. Earthworm diversity data, obtained from the primary literature or provided directly by authors, were collated with information on site locations, including coordinates, habitat cover, and soil properties. Datasets were required, at a minimum, to include abundance or biomass of earthworms at a site. Where possible, site-level species lists were included, as well as the abundance and biomass of individual species and ecological groups. This global dataset contains 10,840 sites, with 184 species, from 60 countries and all continents except Antarctica. The data were obtained from 182 published articles, published between 1973 and 2017, and 17 unpublished datasets. Amalgamating data into a single global database will assist researchers in investigating and answering a wide variety of pressing questions, for example, jointly assessing aboveground and belowground biodiversity distributions and drivers of biodiversity change.