Im Wettlauf um die Wiederherstellung einiger der artenreichsten und bedrohtesten Ökosysteme Nordamerikas ist ein unkomplizierter erster Schritt wahrscheinlich einer der wichtigsten.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass degradierte Savannenökosysteme dauerhaft von einer einzigen Aussaat einheimischer Unterholzpflanzen profitieren können. Erschienen diese Woche im Journal PNASunterstreicht die Studie den langfristigen Wert selbst eines kurzen Ausbruchs gezielter Landbewirtschaftung bei den Bemühungen, brachliegende landwirtschaftliche Felder und andere durch Jahrzehnte oder Jahrhunderte menschlicher Aktivität gezeichnete Landschaften wiederherzustellen.
Das achtjährige Experiment, das von einem Team von Wissenschaftlern der University of Wisconsin-Madison und der Michigan State University geleitet wurde, konzentrierte sich auf drei große Bundeslandgebiete innerhalb des historischen Verbreitungsgebiets des Savannen-Ökosystems der langblättrigen Kiefern. Langblättrige Kiefernsavannen dominierten vor der Ankunft der Europäer Teile des Südostens der Vereinigten Staaten.
Dieser Biodiversitäts-Hotspot umfasste einst etwa 90 Millionen Morgen, ist aber weitgehend verschwunden. Weniger als 5 Prozent der langblättrigen Kiefernsavanne des Kontinents sind noch vorhanden, und vieles von dem, was bleibt, ist ein Schatten des unberührten Ökosystems der Vergangenheit.
„In einem hochwertigen Langblattbestand können Sie über 30 Arten auf einem Quadratmeter finden. Es ist unglaublich“, sagt John Orrock, Professor für Ökologie an der UW-Madison. Die Orrock- und UW-Madison-Professorin Ellen Damschen, eine Ökologin und Naturschutzbiologin, leitete die Studie zusammen mit Lars Brudvig vom Staat Michigan.
Die Langblattbestände, in denen die Forscher ihr Experiment aufstellten, begannen mit deutlich weniger Pflanzenarten, als eine unberührte Fläche beherbergen würde.
Aber nach der Bewertung von mehr als 230 Standorten wählte das Team 48 aus, die bestimmte Parameter erfüllten. Anhand dieser Kriterien konnten sie abschätzen, ob Faktoren wie die Tiefe der gefallenen Kiefernnadeln oder der Abstand zwischen den Bäumen einen messbaren Einfluss darauf haben, ob sich einheimische Unterholzpflanzen nach der Aussaat etablieren oder fortbestehen können.
Nachdem die Forscher ihre gewünschte Mischung von Standorten identifiziert hatten, wendeten sie Herbizide auf Teile von einigen an, bevor sie sie alle mit Samen von etwa zwei Dutzend Arten einheimischer nicht holziger Pflanzen bepflanzten, die sie vor Ort gesammelt hatten, darunter Eisenkraut und Goldrute. Im Laufe von acht Jahren kehrte das Team regelmäßig zurück, um zu dokumentieren, wie erfolgreich sich jede Art etablierte und, was entscheidend war, wie gut sie Jahr für Jahr bestanden.
Sie fanden heraus, dass Faktoren wie Nadeltiefe, Baumabstand und saisonale Temperatur und Niederschlag einen gewissen Einfluss auf den anfänglichen Erfolg der Aussaat hatten, einschließlich der Keimung und Etablierung gesunder Sämlinge.
Insbesondere förderten kühlere und feuchtere Bedingungen eine bessere Etablierung, ebenso wie eine geringere Nadeltiefe und größere Abstände zwischen den Bäumen. Diese letztgenannten Bedingungen spiegeln den natürlichen Zustand des Ökosystems von periodischen Waldbränden geringer Intensität wider, die Laub und Setzlinge verbrennen. Das Team stellte fest, dass präventive Herbizidanwendungen die Etablierung nicht messbar beeinflussten.
Sobald sich ein vielfältiges Unterholz von Savannenpflanzen etabliert hatte, war seine langfristige Persistenz von Umweltfaktoren relativ unbeeinflusst – mit einer Ausnahme. Höhere Temperaturen während der Blütezeit der Vegetationsperiode waren mit einem schlechteren langfristigen Überleben einiger Arten verbunden, was auf eine Bedrohung durch ein sich erwärmendes Klima hinweist.
Neben der Hervorhebung der Risiken eines sich erwärmenden Klimas zeigen die Ergebnisse der Langzeitstudie, dass eine einmalige Zugabe von einheimischem Saatgut klare Vorteile haben kann, die über Jahre und Jahre anhalten. Die Forscher sind optimistisch, dass ihre Ergebnisse Landmanagern helfen können, begrenzte Ressourcen auf Wiederherstellungsstrategien mit den größten Erfolgsaussichten zu lenken, insbesondere weil ihre Studie hilft, den besten Ort und die beste Zeit für das Hinzufügen von Saatgut zu identifizieren.
„Wir können die Informationen aus diesen Experimenten individuell auf Konservierungs- oder Restaurierungspraktiker zuschneiden“, sagt Orrock. „Je nachdem, wie Ihr Standort aussieht, können wir Ihnen tatsächlich bessere Informationen geben, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass Sie bei Ihrem Vorhaben, diese Pflanzenarten wiederherzustellen, erfolgreich sein werden.“
Während die Ergebnisse am besten im Zusammenhang mit dem Ökosystem der langblättrigen Kiefernsavanne anwendbar sind, könnten sie sich als nützlich für das Management ähnlicher Ökosysteme erweisen, wie beispielsweise der Eichensavanne, die einst große Teile von Wisconsin und dem Mittleren Westen beherrschte.
„Ich sehe viele Parallelen in der Arbeit, die wir beide hier in Wisconsin in der Hochgras-Prärie und der Eichen-Savanne und der Langblatt-Kiefern-Savanne im Südosten machen“, sagt Damschen. „Tatsächlich sind viele der Arten identisch, und die großen Pflanzenfamilien sind sich extrem ähnlich.“
Mit Blick auf die Zukunft möchten Orrock und Damschen die Eigenschaften von Arten und sogar einzelnen Pflanzen besser verstehen, die ihnen helfen könnten, zu keimen und gesunde Sämlinge zu bilden. Diese Art von Wissen könnte sich als besonders nützlich für Landbewirtschafter erweisen, die sich mit neuen und sich schnell entwickelnden Umweltbedingungen im Zusammenhang mit einem sich ändernden Klima befassen.
Mehr Informationen:
Orrock, John L., Langfristiges, groß angelegtes Experiment zeigt die Auswirkungen von Saatgutbeschränkung, Klima und anthropogenen Störungen auf die Wiederherstellung von Pflanzengemeinschaften in einem Biodiversitäts-Hotspot, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2201943119. doi.org/10.1073/pnas.2201943119