Der Klimawandel bedroht tropische Wälder mit zunehmendem Kohlenstoffverlust im Boden

Die tropischen Wälder stellen mehr als 50 % der weltweiten terrestrischen Kohlenstoffsenke dar, doch der Klimawandel droht die Kohlenstoffbilanz dieser Ökosysteme zu verändern.

Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) und Kollegen der Colorado State University und des Smithsonian Tropical Research Institute haben ergeben, dass Erwärmung und Austrocknung tropischer Waldböden die Kohlenstoffgefährdung im Boden erhöhen können, indem sie den Abbau von älterem Kohlenstoff beschleunigen. Die Forschungsergebnisse erscheint In Natur.

„Diese Erkenntnisse implizieren, dass sowohl Erwärmung als auch Austrocknung durch die Beschleunigung des Verlusts von älterem Kohlenstoff im Boden bzw. die Verringerung der Aufnahme von frischem Kohlenstoff den Kohlenstoffverlust im Boden verstärken und sich im Zuge des Klimawandels negativ auf die Kohlenstoffspeicherung in tropischen Wäldern auswirken werden“, sagte die LLNL-Wissenschaftlerin Karis McFarlane, Hauptautorin der Studie.

Tropische Wälder tauschen mehr CO2 mit der Atmosphäre aus als jedes andere terrestrische Biom und speichern fast ein Drittel der globalen Kohlenstoffvorräte im Boden. Tropische terrestrische Ökosysteme haben zudem die kürzeste mittlere Verweilzeit von Kohlenstoff auf der Erde, nämlich nur 6-15 Jahre. Das bedeutet, dass jede Änderung der Kohlenstoffzufuhr oder -abgabe (einschließlich des vom Boden abgegebenen CO2) große und relativ schnelle Folgen für die Kohlenstoffbilanz tropischer Ökosysteme und die Kohlenstoff-Klima-Rückkopplungen haben könnte.

Klimaprognosen gehen von einer Zukunft aus, in der es in weiten Teilen der Tropen wärmer und trockener sein wird, wobei in den Neotropis (einer Region, die sich vom südlichen Mexiko über Mittelamerika bis in den Norden Südamerikas erstreckt und den riesigen Amazonas-Regenwald umfasst) die Dürreintensität zunehmen und die Trockenzeit länger werden wird.

Die im Rahmen von Klimamanipulationsexperimenten in tropischen Wäldern Panamas durchgeführte Forschung zeigt, dass sowohl eine Erwärmung des Bodens vor Ort um 4 °C im gesamten Profil als auch ein Ausschluss von 50 % des Niederschlags den Kohlenstoff-14-Gehalt im vom Boden freigesetzten CO2 erhöhte und das Durchschnittsalter des Kohlenstoffs um das Äquivalent von etwa zwei bis drei Jahren erhöhte.

Wichtig ist, dass die Mechanismen, die dieser Veränderung zugrunde liegen, bei Erwärmung und Austrocknung unterschiedlich waren. Die Erwärmung beschleunigte die Zersetzung von älterem Kohlenstoff, da erhöhte CO2-Emissionen neueren Kohlenstoff verbrauchten. Die Austrocknung unterdrückte die Zersetzung neuerer Kohlenstoffeinträge und verringerte die CO2-Emissionen des Bodens, wodurch der Beitrag von älterem Kohlenstoff zur CO2-Freisetzung zunahm.

„Feld- und Laborexperimente legen nahe, dass die Klimaerwärmung zu einem Nettoverlust von Kohlenstoff im Boden an die Atmosphäre führen wird. Wie sich die Klimaerwärmung und die Austrocknung jedoch gegenseitig beeinflussen und wie sich dies auf die Kohlenstoffbilanz in Wäldern und anderen Ökosystemen auswirkt, ist weniger klar“, sagte McFarlane.

Die meisten früheren Arbeiten über tropische Wälder haben sich nur mit den gesamten CO2-Flussraten befasst, die zwar wichtig für die Bestimmung der Gesamtkohlenstoffbilanz tropischer Wälder sind, aber nur begrenzt geeignet sind, die Mechanismen hinter den beobachteten Veränderungen aufzudecken. Diese Mechanismen können durch Kohlenstoff-14-Werte aufgedeckt werden, die das Durchschnittsalter der Kohlenstoffquellen angeben, die verstoffwechselt und als CO2 freigesetzt werden.

„Neuer“ oder „junger“ Kohlenstoff wurde in den letzten Jahren aus der Atmosphäre gebunden, während älterer „Jahrzehnte alter“ Kohlenstoff im Vergleich zur heutigen Atmosphäre mit Kohlenstoff-14 angereichert ist. Sogar älterer „Jahrhunderte alter“ oder „Jahrtausende alter“ Kohlenstoff ist im Vergleich zur heutigen Atmosphäre mit Kohlenstoff-14 abgereichert.

In der aktuellen Studie untersuchte das Team, wie sich Erwärmung und Austrocknung auf die Menge und das Alter des Kohlenstoffs auswirken, der als CO2 im Boden freigesetzt wird, und zwar in zwei verschiedenen tropischen Tieflandwaldgebieten in Panama, die experimenteller Bodenerwärmung bzw. experimenteller Austrocknung ausgesetzt sind. Sie maßen die Kohlenstoff-14- und Kohlenstoff-13-Isotope des vom Boden ausgeatmeten CO2.

Mithilfe des Zentrums für Beschleuniger-Massenspektrometrie des LLNL stellten McFarlane und ihr Team fest, dass die Erwärmung des Bodens den Kohlenstoff-14-Gehalt des ausgeatmeten CO2 während der Regenzeit erhöhte, was auf eine stärkere Freisetzung von „Bomben“-Kohlenstoff (ca. 1963 durch unterirdische Atomtests) unter warmen und feuchten Bedingungen hindeutet. Insbesondere stimulierte die Erwärmung die Zersetzung von älterem Bodenkohlenstoff, indem sie die CO2-Freisetzung im Boden insgesamt erhöhte, was zu einer mikrobiellen Umstellung der Ressourcennutzung nach der Erschöpfung frischer organischer Stoffe hin zu älterem Bodenkohlenstoff führte. Im Gegensatz dazu reduzierte die Trocknung die CO2-Freisetzung im Boden insgesamt, erhöhte aber auch den Kohlenstoff-14-Gehalt des ausgeatmeten CO2, indem sie die Zufuhr von frischem Kohlenstoff (aus Laubstreu oder Wurzeln) an Zersetzer einschränkte.

„Diese Einschränkung des mikrobiellen Zugangs zu frischem Kohlenstoff erklärt die Verschiebung hin zu einem erhöhten Anteil von altem Kohlenstoff an den gesamten CO2-Emissionen im Boden bei Erwärmung und Austrocknung“, sagte McFarlane. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der Klimawandel die Gefährdung von zuvor gespeichertem Bodenkohlenstoff in tropischen Wäldern erhöhen wird, indem er die Zersetzung und den Verlust von altem Kohlenstoff fördert.“