Posted in: Atmosphäre, Pflanzenwelt 10. Juli 2013 19:00 Weiter lesen →

Wälder werden effizienter

Luftaufnahme zeigt dichtes Meer aus teils schon gelb verfärbten Baumkronen, daraus aufragend eine dünne weiße Turmkonstruktion Steigende Konzentrationen des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre verändern nicht nur das Klima, in dem Pflanzen wachsen. Amerikanischen und deutschen Forschern ist es gelungen, nun auch einen direkten Einfluss auf den Stoffhaushalt ganzer Wälder nachzuweisen. Indem die Bäume das Kohlendioxid leichter aus der Atmosphäre aufnehmen, können sie sparsamer mit ihrem Wasser umgehen.

Foto: Chris Vogel

„Man könnte dies als positiven Effekt erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentrationen ansehen“, erklärt Trevor Keenan von der Harvard-Universität. Zwar sei es denkbar, dass die effizientere Wassernutzung letztlich zu einem höheren Holzertrag führe. Die geringere Abgabe von Wasserdampf durch die Vegetation könne allerdings auch höhere Lufttemperaturen, einen stärkeren oberirdischen Abfluss von Regenwasser und regionalen Wassermangel nach sich ziehen, schreiben der Forscher und seine Kollegen im Magazin „Nature“.

Pflanzen nehmen Kohlendioxid aus der Luft auf, um damit im Zuge der Photosynthese organische Substanz zu bilden. Die Aufnahme geschieht durch kleine Spaltöffnungen in den Blättern, die im Gegenzug allerdings auch Wasserdampf entweichen lassen. Pflanzen müssen daher einen Kompromiss zwischen Kohlendioxidaufnahme und Wasserverlust finden, indem sie ihre Spaltöffnungen unterschiedlich weit und ausdauernd öffnen. In Wäldern der mittleren und höheren Breiten liegt dieser Kompromiss typischerweise bei 3 bis 6 Gramm neu gebildeter Trockenmasse pro Kilogramm Wasserabgabe.

Das erhöhte Angebot an Kohlendioxid verschiebt diese Balance, konnten Keenan und Kollegen, darunter auch Hans Peter Schmid vom Karlsruher Institut für Technologie, nun erstmals an naturnahen Wäldern nachweisen. Die Forscher analysierten seit den 90er-Jahren gesammelte Daten aus 21 Waldflächen der Nordhalbkugel. Dort errichtete Messtürme erfassen laufend den Wasser- und Kohlendioxidgehalt der Luft sowie deren momentane Strömungsrichtung. Auf diese Weise kann der Wasser- und Gasaustausch des Baumbestands verfolgt werden.

Fischaugen-Aufnahme zeigt Blick von hohem Turm auf darunter liegendes Meer aus Baumkronen, Horizont, tiefblauer Himmel Foto: Chris Vogel

Seit Beginn der Beobachtungen vor 18 Jahren hat sich die Effizienz der Wälder insgesamt erhöht, ermittelten die Forscher. Der Wassernutzungskoeffizient – die aufgenommene Kohlenstoffmasse pro abgegebener Wassermasse – ist demnach jährlich um durchschnittlich 3 Prozent gestiegen. Dieses Resultat steht im Einklang mit einer kürzlich veröffentlichten Studie australischer Forscher, der zufolge die Blattfläche in den trockenen Gebieten der Erde seit Beginn der 80er-Jahre um rund ein Zehntel zugenommen hat.

Durch Umweltfaktoren wie den Stickstoffeintrag oder klimatische Faktoren wie den Niederschlag lasse sich der Anstieg des Wassernutzungskoeffizients nicht erklären, schreiben die Forscher. Ihren Berechnungen zufolge, reagieren die Bäume auf das höhere Kohlendioxidangebot, indem sie ihre Spaltöffnungen stärker bzw. öfter schließen und somit weniger Wasser ausdünsten.

Rätselhaft ist allerdings, warum die beobachtete Veränderung um ein Vielfaches größer ist als auf der Basis von Experimenten im Labor und in Freilandanlagen vorhergesagt. „Derzeit unterschätzen sämtliche unserer Modelle den Effekt, teils um den Faktor 10“, so Keenan weiter. Offenbar fehle in den Modellen etwas, das im Freiland sehr wohl eine Rolle spiele.

Forschung: Trevor F. Keenan und Andrew D. Richardson, Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University, Cambridge; Hans Peter Schmid, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie, Garmisch-Partenkirchen; Randall J. Donohue, CSIRO Land and Water, Canberra; und andere

Veröffentlichungen Nature, 10. Juli 2013, DOI 10.1038/nature12291, und Geophysical Research Letters, 19. Juni 2013, DOI 10.1002/grl.50563

WWW:
Richardson Lab, Harvard University
Atmosphärische Umweltforschung, Karlsruher Institut für Technologie
Vegetation und Kohlendioxid
Eddy Covariance
The Keeling Curve

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