Die Klimaerwärmung verändert die Struktur und Funktion alpiner Ökosysteme, einschließlich der Verschiebung von Vegetationsgrenzen. Die Verschiebung der alpinen Baumgrenzen nach oben, der obersten Grenze des Baumwachstums, die die Grenze zwischen Bergwäldern und alpinen Gemeinschaften bildet, wird stark durch Strauch-Baum-Interaktionen moduliert. Über die Reaktionen dieser koexistierenden Lebensformen auf ein wärmeres Klima ist jedoch wenig bekannt.
Basierend auf einzigartigen 8- und 10-jährigen In-situ-Beobachtungen der Kambialphänologie bei sympatrischen Bäumen und Sträuchern an zwei Baumgrenzen auf dem südöstlichen tibetischen Plateau fanden Forscher ein gegensätzliches Muster der Kambialphänologie zwischen Strauch- und Baumarten als Reaktion auf die Erwärmung. Bei einer Frühlingserwärmung von +1 °C schreitet die Wiederaufnahme des Xylems bei Bäumen um 2–4 Tage voran, bei Sträuchern verzögert sie sich jedoch um 3–8 Tage. Die unterschiedliche phänologische Reaktion auf die Erwärmung war darauf zurückzuführen, dass Sträucher 3,2-mal empfindlicher auf Kälteansammlungen reagierten als Bäume.
„Bei gleicher Kälteeinwirkung benötigten Sträucher mehr Kraftansammlung als Bäume, was zu einem verzögerten Einsetzen der Kambialphänologie führte. Bei Bäumen war die Kraftanstrengung jedoch weniger von der Kühlung abhängig, was zu einer früheren Kambialphänologie im wärmeren Frühling führte“, sagt er Liang, der das Forschungsteam leitete.
Die Forscher führten außerdem eine globale Metaanalyse in Kombination mit einem prozessbasierten Wachstumsmodell durch, um die Treiber phänologischer Wachstumsverschiebungen als Reaktion auf die Erwärmung anhand von 344 Sträuchern und 575 Bäumen zu untersuchen, die an 11 alpinen Baumgrenzen auf der Nordhalbkugel gepaart waren. Basierend auf den kambialen phänologischen Aufzeichnungen, die aus dem Wachstumsmodell abgeleitet wurden, schließen sie außerdem unterschiedliche Auswirkungen der Frühlingstemperatur auf die kambiale Phänologie zwischen Bäumen und Sträuchern in den Baumgrenzen der nördlichen Hemisphäre.
Modellergebnisse deuten darauf hin, dass Bäume erwartungsgemäß empfindlicher auf die Frühlingserwärmung reagieren als Sträucher. Stattdessen werden Sträucher stärker von der Kälteansammlung beeinflusst als Bäume. „Unsere Metaanalyse bestätigte den gleichen Mechanismus auf kontinentaler Ebene“, sagt Liang.
Unabhängig davon, ob Sträucher und Bäume an alpinen Baumgrenzen durch Erleichterung oder Konkurrenz interagieren, kann die Klimaerwärmung zu unterschiedlichen Veränderungen in ihrer Phänologie führen. Dies würde eine Verkürzung der Vegetationsperiode für Sträucher und eine Verlängerung für Bäume bedeuten. Folglich könnte das aufgrund der Erwärmung resultierende phänologische Missverhältnis den Bäumen einen Wettbewerbsvorteil gegenüber Sträuchern verschaffen, indem es das Wachstum und die Kohlenstoffzunahme erhöht und die Ressourcenverfügbarkeit verbessert, was möglicherweise zu Verschiebungen der Baumgrenze nach oben in kalten Bergregionen führt.
Die Ergebnisse dieser von Professor Eryuan Liang (Institut für tibetische Plateauforschung, Chinesische Akademie der Wissenschaften) geleiteten Studie wurden als Forschungsartikel in der Zeitschrift veröffentlicht National Science Review. An der Studie waren auch Forscher von CREAF, CSIC, der Global Ecology Unit CREAF-CSIC-UAB, dem Instituto Pirenaico de Ecología (IPE-CSIC), Spanien und der Université du Québec à Chicoutimi, Kanada, beteiligt.
Mehr Informationen:
Xiaoxia Li et al.: Durch die Erwärmung verursachte phänologische Fehlanpassung zwischen Bäumen und Sträuchern erklärt die Waldausbreitung in großer Höhe. National Science Review (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad182