Die Böden der nördlichen Wälder sind wichtige Speicher, die verhindern, dass das von den Bäumen eingeatmete und für die Photosynthese genutzte Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre gelangt. Doch ein einzigartiges Experiment unter der Leitung von Peter Reich von der University of Michigan zeigt, dass auf einem sich erwärmenden Planeten mehr Kohlenstoff aus den Böden entweicht, als von Pflanzen zugeführt wird.
„Das sind keine guten Nachrichten, denn es deutet darauf hin, dass die Böden im Zuge der globalen Erwärmung einen Teil ihres Kohlenstoffs an die Atmosphäre abgeben werden“, sagte Reich, Direktor des Institute for Global Change Biology an der UM.
„Das große Ganze ist, dass der Verlust von mehr Kohlenstoff immer eine schlechte Sache für das Klima sein wird“, sagte Guopeng Liang, der Hauptautor der Studie. veröffentlicht In Naturgeowissenschaften. Liang war während der Studie Postdoktorand an der University of Minnesota und ist jetzt Postdoktorand an der Yale University und Austauschstipendiat am Institute for Global Change Biology.
Wenn Wissenschaftler verstehen, wie steigende Temperaturen den Kohlenstofffluss in und aus dem Boden beeinflussen, können sie die Klimaveränderungen unseres Planeten besser verstehen und vorhersagen. Wälder wiederum speichern etwa 40 % des Kohlenstoffs im Boden der Erde.
Aus diesem Grund gab es viele Forschungsprojekte, die sich mit der Frage beschäftigten, wie sich der Klimawandel auf den Kohlenstofffluss aus Waldböden auswirkt. Doch nur wenige dauerten länger als drei Jahre und die meisten untersuchten entweder die Erwärmung im Boden oder in der Luft darüber, aber nicht beides, sagte Reich.
In dem von Reich geleiteten Experiment, das vermutlich das erste seiner Art war, kontrollierten die Forscher sowohl die Boden- als auch die oberirdischen Temperaturen im Freien, ohne jegliche Art von Umzäunung. Sie führten die Studie außerdem über mehr als zwölf Jahre durch.
„Unser Experiment ist einzigartig“, sagte Reich, der auch Professor an der UM School for Environment and Sustainability ist. „Es ist bei weitem das realistischste Experiment dieser Art auf der Welt.“
Der Nachteil ist, dass die Durchführung eines so anspruchsvollen Experiments über einen so langen Zeitraum kostspielig ist. Die Forschung wurde von der National Science Foundation, dem US-Energieministerium und der University of Minnesota unterstützt, wo Reich auch Distinguished McKnight University Professor ist.
An der Studie waren neben Reich und Liang auch Kollegen der University of Minnesota, der University of Illinois und des Smithsonian Environmental Research Center beteiligt.
Das Team arbeitete an zwei Standorten im Norden Minnesotas auf insgesamt 72 Parzellen und untersuchte zwei unterschiedliche Erwärmungsszenarien im Vergleich mit den Umgebungsbedingungen.
In einem Fall lag die Temperatur auf den Parzellen 1,7 Grad Celsius über der Umgebungstemperatur, in dem anderen betrug der Unterschied 3,3 Grad Celsius (oder etwa 3 bzw. 6 Grad Fahrenheit). Die Bodenatmung – der Prozess, bei dem Kohlendioxid freigesetzt wird – nahm im Fall der gemäßigteren Erwärmung um 7 % zu, im extremeren Fall um 17 %.
Der ausgeatmete Kohlenstoff stammt aus dem Stoffwechsel der Pflanzenwurzeln und der Bodenmikroben, die sich von den ihnen zur Verfügung stehenden kohlenstoffhaltigen Snacks ernähren: aus den Wurzeln ausgelaugten Zuckern und Stärken, abgestorbenen und verrottenden Pflanzenteilen, organischen Bodenstoffen sowie anderen lebenden und abgestorbenen Mikroorganismen.
„Die Mikroben sind uns sehr ähnlich. Ein Teil unserer Nahrung wird wieder in die Atmosphäre abgegeben“, sagte Reich. „Sie verwenden genau denselben Stoffwechselprozess wie wir, um CO2 wieder in die Luft auszuatmen.“
Obwohl die Menge des ausgeatmeten Kohlendioxids in den Gebieten mit höheren Temperaturen zunahm, kam es laut den Forschern wahrscheinlich nicht zu einem so starken Anstieg wie möglich.
Ihr Versuchsaufbau berücksichtigte auch die Bodenfeuchtigkeit, die bei wärmeren Temperaturen abnimmt, was zu einem schnelleren Wasserverlust von Pflanzen und Böden führt. Mikroben bevorzugen jedoch feuchtere Böden und die trockeneren Böden schränken die Atmung ein.
„Die Botschaft, die man daraus ziehen kann, ist, dass die Wälder mehr Kohlenstoff verlieren werden, als uns lieb ist“, sagte Reich. „Aber vielleicht nicht so viel, wie sie verlieren würden, wenn diese Austrocknung nicht stattfände.“
Weitere Informationen:
Guopeng Liang et al., Reaktion der Bodenatmung auf jahrzehntelange Erwärmung, moduliert durch die Bodenfeuchtigkeit in einem borealen Wald, Naturgeowissenschaften (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01512-3