Neue Forschungsergebnisse können dazu beitragen, die Gesundheit und Nachhaltigkeit von „grasbewachsenen“ Ökosystemen besser vorherzusagen

Neu veröffentlichte Forschungsergebnisse von Dr. Kevin Wilcox und Kollegen von UNC Greensboro werden Wissenschaftlern helfen, besser vorherzusagen, wie sich globale Veränderungen – wie Dürren, Brände und Hitzewellen – auf die Gesundheit und Nachhaltigkeit der Grasökosysteme der Erde auswirken werden.

Der Artikel, veröffentlicht am 10. Oktober 2023 in Biologie des globalen Wandelsstellt wichtige Schritte zur Verbesserung mathematischer Modelle dar, die Veränderungen in den Savannen, Prärien, Graslandschaften und arktischen Tundren unseres Planeten vorhersagen.

„Waldökosysteme erhalten tendenziell den Löwenanteil der öffentlichen Aufmerksamkeit“, sagte Wilcox. „Aber Ökosysteme, die von Nicht-Baum-Vegetation dominiert werden – also ‚grasbewachsene‘ Ökosysteme – machen 40 Prozent der Landoberfläche der Erde aus. Unsere Forschung spielt also in diesen Landschaften einen wichtigen wissenschaftlichen ‚Aufholprozess‘.“

Grasbewachsene Ökosysteme stellen dem Menschen viele notwendige Ressourcen und Dienstleistungen zur Verfügung, darunter Nahrungsmittelproduktion, Bestäuber und Kohlenstoffbindung. Sie dienen auch als wichtiger Lebensraum für Wildtiere wie Elche und Bisons in Nordamerika.

Wenn man sich jedoch genauer mit der Fähigkeit der Menschheit befasst, vorherzusagen, wie diese Ökosysteme unter bevorstehenden globalen Veränderungen bestehen bleiben, bleibt die Forschung weit hinter der Vorhersagefähigkeit für Wälder zurück. Wilcox‘ Forschung zu Erdsystemmodellen trägt dazu bei, diese Lücke zu schließen.

Wissenschaftler nutzen diese Modelle, um die Auswirkungen physikalischer Phänomene wie Dürren und Hitzewellen auf Landschaften zu simulieren. Die mathematischen Gleichungen, aus denen diese Modelle bestehen, werden aneinandergereiht, um Tausende von Zeilen Computercode zu erzeugen, die letztendlich eine Abstraktion der Realität liefern. Diese Modelle stellen ein breites Spektrum ökologischer Prozesse dar, wie zum Beispiel in den Boden eindringende Niederschläge, die Entlaubung einer Savanne durch Insekten oder Hitzestress, der zum Sterben von Pflanzen und Tieren führt.

„Aber wenn unsere Modelle ökologische Prozesse nicht genau abbilden, sind ihre Vorhersagen bedeutungslos“, sagte Wilcox.

Ein wichtiger Aspekt, den man richtig machen muss, ist laut Wilcox die sich ständig verändernde Natur dieser Grassysteme.

„Wir können nicht einfach davon ausgehen, dass alle wichtigen Komponenten des Ökosystems, wie zum Beispiel Pflanzengemeinschaften, unverändert bleiben, wenn es weiterhin zu Dürren und Hitzewellen kommt.“

Eine der größten Herausforderungen ist die Darstellung der Gräser. Derzeit stellen viele Modelle Gräser entweder als Miniaturbäume oder als „grünen Schleim“ dar, der auf der Oberfläche des Planeten existiert. Die Autoren sagen, dass diese Darstellung möglicherweise ein Grund dafür ist, dass die Modelle Schwierigkeiten hatten, reale Beobachtungen in grasbewachsenen Ökosystemen abzugleichen.

„Eine bessere Zusammenarbeit zwischen Empirikern und Modellierern wird auch für die Verbesserung der Kräuterdynamik innerhalb von Ökosystemmodellen von entscheidender Bedeutung sein“, fügt Wilcox hinzu.

Die Umsetzung dieser Änderungen wird laut den Autoren von entscheidender Bedeutung sein, um die öffentliche Politik und das Management dieser wichtigen Ökosysteme in Zukunft zu steuern, wenn Dürren und Überschwemmungen häufiger und extremer auftreten, Störungen wie Brände schwerwiegender sind und der menschliche Druck anhält.