Eine Grünlandstudie zeigt, dass erhöhte CO₂-Werte den Artenverlust aufgrund der Stickstoffverschmutzung fast verdreifachten

Dutzende Studien haben gezeigt, dass die Stickstoffverschmutzung, die hauptsächlich auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe und landwirtschaftliche Praktiken zurückzuführen ist, weltweit zum Verlust der Artenvielfalt bei Pflanzen führt.

Aber ob steigende Werte des klimaerwärmenden Kohlendioxidgases diese stickstoffbedingten Verluste an biologischer Vielfalt verstärken oder abschwächen, bleibt unklar und ist ein wenig erforschtes Thema.

Die Ergebnisse einer ökologisch realistischen 24-jährigen Feldstudie mit 108 experimentellen Grünlandflächen in Minnesota liefern eine Antwort, die nichts Gutes für die Bemühungen zum Schutz der biologischen Vielfalt verheißt – zumindest nicht für Grasland. Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Natur.

In den letzten acht Jahren der Studie haben experimentell erhöhte Kohlendioxidwerte die Artenverluste, die auf die langfristige Anwendung simulierter Stickstoffverschmutzung zurückzuführen sind, nahezu verdreifacht.

Insbesondere in Parzellen, die zusätzlichen Stickstoff erhielten, verringerte sich der Artenreichtum – die Anzahl der Pflanzenarten pro Parzelle – bei Kohlendioxidwerten in der Umgebung um durchschnittlich 7 % und bei erhöhten Kohlendioxidwerten um 19 %.

„Wenn steigendes Kohlendioxid die weit verbreiteten negativen Auswirkungen der Stickstoffablagerung auf die Pflanzenvielfalt generell verschärft, wie in unserer Studie beobachtet, verheißt dies nichts Gutes für die Erhaltung der Artenvielfalt im Grünland weltweit“, sagte der Ökologe und Hauptautor der Studie Peter Reich von der University of Michigan.

„Der Erhalt der Artenvielfalt ist von entscheidender Bedeutung, da vielfältige Pflanzengemeinschaften den Menschen Dienstleistungen erbringen, wie z. B. Wasserreinigung, Vorteile bei der Bestäubung von Nutzpflanzen, die Erhaltung gesunder Böden, die Verlangsamung des Klimawandels durch die Speicherung von Kohlenstoff und die Heimat vielfältiger Schmetterlings-, Vogel- und Säugetiergemeinschaften.“

Sowohl Stickstoff als auch Kohlendioxid können das Pflanzenwachstum fördern. Im Grünlandexperiment namens BioCON kurbelte der Einsatz der beiden Ressourcen das Wachstum an, das es einigen dominanten Arten ermöglichte, das Sonnenlicht zu nutzen und gleichzeitig Schatten auf die darunter liegenden Pflanzen zu werfen, wodurch schließlich viele von ihnen vernichtet wurden.

Es ist ein Phänomen, das Ökologen Wettbewerbsausschluss nennen.

Diese Art von verschärfter Lichtkonkurrenz wird wahrscheinlich in vielen Graslandschaften auf der ganzen Welt auftreten – was sowohl zu Gewinnern als auch zu Verlierern führt – aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit von Kohlendioxid und Stickstoff durch Emissionen fossiler Brennstoffe bzw. Stickstoffverschmutzung, sagte Reich.

„Allgemeine Bedenken hinsichtlich der Veränderungen der biologischen Vielfalt, einschließlich solcher aufgrund des Verlusts von Lebensräumen, einer Änderung des Feuerregimes und des Klimawandels, müssen im Kontext des steigenden Kohlendioxids und der unterschiedlichen Stickstoffdeposition gesehen werden, die wahrscheinlich auch erhebliche Auswirkungen auf viele Ökosysteme haben“, sagte Reich, Direktor des Institute for Global Change Biology an der School for Environment and Sustainability der UM und Professor am Department of Forest Resources der University of Minnesota.

„Die Rufe nach Erhaltung und Wiederherstellung der Artenvielfalt sind bereits auf Hochtouren“, sagte er. „Unsere Ergebnisse verstärken diesen Chor nur noch.“

Das BioCON-Experiment wurde im Cedar Creek Ecosystem Science Reserve im Osten von Minnesota durchgeführt. Von 1998 bis 2021 wurden auf jeder der 108 7 Fuß mal 7 Fuß großen Parzellen bis zu 16 Arten von Gräsern und Kräutern (andere krautige Pflanzen als Gräser, einschließlich Wildblumen) angebaut.

Die Hälfte der Parzellen wurde während der gesamten Vegetationsperiode mit zusätzlichem Kohlendioxidgas behandelt, das aus perforierten vertikalen Rohren freigesetzt wurde. Die Hälfte davon wurde jährlich mit Stickstoffdünger besprüht. Die Anzahl der Pflanzenarten in jeder Parzelle wurde jeden Spätsommer gezählt.

Während der ersten zehn Jahre des Experiments verringerten erhöhte Kohlendioxidwerte tatsächlich die Artenverluste, die auf die Stickstoffanreicherung zurückzuführen sind. Bei einem Kohlendioxidgehalt in der Umgebung verringerte der zugesetzte Stickstoff den Artenreichtum um durchschnittlich 16 %; Bei erhöhtem CO2 sank der Artenreichtum um 8 %.

Mit der Zeit kehrte sich diese Wechselwirkung jedoch um, und erhöhtes Kohlendioxid verstärkte den Diversitätsverlust durch die Stickstoffanreicherung und verdreifachte diesen Rückgang in den letzten acht Jahren der Studie nahezu.

Der Große Blaustamm oder Andropogon gerardii, ein hohes Gras, das in weiten Teilen der Great Plains und Graslandregionen in Zentral- und Ost-Nordamerika beheimatet ist, entwickelte sich nach und nach zur dominierenden Art. Mit zunehmender relativer Häufigkeit nahmen auch die Beschattung und der Verlust anderer Pflanzenarten zu.

Zu den Verlierern des Experiments gehörten die violett blühende Amorpha canescens, gemeinhin Leitpflanze genannt, ein strauchiges Mitglied der Familie der Erbsen, die volles Sonnenlicht bevorzugt, und die gelb blühende Solidago rigida, eine der Goldrutenarten, die landesweit häufig auf Grasflächen vorkommen.

Die Stickstoffablagerungen sind in weiten Teilen der Welt nach wie vor erhöht, obwohl die Trends und Auswirkungen in einigen Regionen abnehmen, während sie in anderen zunehmen.

Frühere Beobachtungs- und experimentelle Studien legen nahe, dass die Stickstoffverschmutzung den Reichtum der Pflanzengemeinschaften in krautigen Pflanzenökosystemen auf mehreren Kontinenten um bis zu 20 bis 30 % verringert. Krautige Pflanzen bilden keinen holzigen Stamm und umfassen Gräser, Kräuter und Farne.

Das Cedar Creek Ecosystem Science Reserve gehört der University of Minnesota und wird von ihr betrieben. Das 24-jährige BioCON-Experiment ist mit mehr als einem Jahrzehnt die am längsten laufende Studie, die untersucht, wie sich Wechselwirkungen zwischen CO2 und Stickstoff auf die Artenvielfalt im Grasland auswirken.

Die anderen Autoren des Natur An der Studie nahmen Neha Mohanbabu, Forest Isbell, Sarah Hobbie und Ethan Butler von der University of Minnesota teil.