Für Pflanzen in Feuchtgebieten macht der Anstieg des Meeresspiegels die Vorteile eines höheren Kohlendioxidgehalts zunichte

Feuchtgebiete auf der ganzen Welt sind in Gefahr, durch den steigenden Meeresspiegel zu ertrinken. Aber jahrzehntelang hofften Wissenschaftler, dass ein weiterer Aspekt des Klimawandels – steigendes Kohlendioxid (CO2) – zusätzliches Pflanzenwachstum auslösen könnte, wodurch die Feuchtgebiete an der Küste schnell genug wachsen könnten, um den Anstieg des Meeresspiegels zu übertreffen. Diese hilfreiche Nebenwirkung verschwindet, entdeckten sie in einer neuen Studie, die am 18. Mai veröffentlicht wurde.

„Zu viel Wasser ist ein Stress, ein Umweltstress für die Pflanzenreaktion auf hohe CO2-Emissionen“, sagte Chunwu Zhu, Hauptautor des Berichts in Wissenschaftliche Fortschritte. Zhu, ein Biologe der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, führte die Studie während eines Stipendiums des Smithsonian Environmental Research Center (SERC) durch.

Die Erhaltung von Feuchtgebieten ist sowohl für die Bekämpfung des Klimawandels als auch für die Anpassung an ihn von entscheidender Bedeutung. Feuchtgebiete bieten nicht nur Lebensraum, sondern binden auch enorme Mengen an Kohlenstoff und schützen die Menschen vor einigen der extremeren Auswirkungen des Klimawandels wie Hurrikans und Taifune.

„Obwohl sie nur einen Bruchteil der Erdoberfläche einnehmen, bieten sie übergroße Ökosystemleistungen, die den Menschen im Grunde zugute kommen“, sagte der korrespondierende Autor Pat Megonigal, ein Biogeochemiker bei SERC. „Und wir schätzen sie teilweise, weil wir durch den Schutz eines relativ kleinen Teils der Erde große positive Auswirkungen auf die Umwelt haben können.“

Die abnehmenden Erträge von Kohlendioxid

Die Studie fand im Global Change Research Wetland des SERC statt, einem Forschungsstandort, den Megonigal an der Westküste von Maryland betreibt. Das Feuchtgebiet beherbergt mehrere futuristische Experimente, bei denen Wissenschaftler das Klima von 2100 simulieren. Für diese Studie stützten sich die Forscher auf ein Experiment, das 1987 begann – derzeit das weltweit am längsten laufende Feldexperiment darüber, wie sich steigendes CO2 auf Pflanzen auswirkt. In 15 oben offenen Kammern haben Wissenschaftler die CO2-Konzentration um weitere 340 Teile pro Million erhöht, was den atmosphärischen CO2-Gehalt von 1987 ungefähr verdoppelt. Weitere 15 Kammern dienen als Kontrollen, ohne zusätzliches CO2. Das Team konzentrierte sich auf die 10 Kammern mit „C3“-Pflanzen – eine Gruppe von Pflanzen, die dafür bekannt ist, stark auf hohe CO2-Emissionen zu reagieren, die etwa 85 % der Pflanzenarten auf der Erde umfasst.

Etwa in den ersten zwei Jahrzehnten des Experiments blühte das Pflanzenwachstum in den höheren CO2-Kammern auf. Oberirdisch wuchsen die Pflanzen in den Kammern mit hohem CO2-Gehalt durchschnittlich 25 % stärker als die Pflanzen in den unbehandelten Kammern. Unter Tage war der Effekt noch stärker: Hohes CO2 löste etwa 35 % mehr Wurzelwachstum aus. Das Wurzelwachstum ist besonders wichtig für das Überleben von Feuchtgebieten, da Wurzeln Feuchtgebieten helfen, Erde aufzubauen und die Fundamente wachsen zu lassen nach oben auch wenn die Meere weiter steigen.

„Obwohl erhöhtes CO2 zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt, verbesserte es auch die Fähigkeit des Sumpfes, sich in den ersten Jahren des Experiments vertikal anzusammeln“, sagte Don Cahoon, Mitautor und emeritierter Forschungsökologe des US Geological Survey.

Aber nach 2005 nahm der Effekt ab und verschwand. Für die Daten der letzten 14 Jahre in der Studie gab es keinen durchschnittlichen Unterschied im Pflanzenwachstum zwischen den Kammern mit hohem CO2-Gehalt und den normalen Kammern.

„Der CO2-Effekt war schon immer einer der Silberstreif am Horizont des Klimawandels“, sagte Co-Autor Adam Langley, Ökologe an der Villanova University. „Nun, zumindest werden die Pflanzen mehr wachsen. Aber wir sehen hier, dass sie es nicht getan haben.

Das Team untersuchte mehrere mögliche Erklärungen für den Abfall: Niederschlag, Temperatur, Salzgehalt des Wassers während der Vegetationsperiode oder das Vorhandensein kritischer Bodennährstoffe wie Stickstoff. Nur der Anstieg des Meeresspiegels zeigte einen Zusammenhang mit dem Pflanzenwachstum. Als der Meeresspiegel im Feuchtgebiet um 15 Zentimeter über seinen Anfangspunkt im Jahr 1987 anstieg, verschwanden die Vorteile des höheren CO2-Ausstoßes.

„In gewisser Weise ist dies ein Rennen“, sagte Lewis Ziska, Co-Autor und Pflanzenphysiologe an der Mailman School of Public Health der Columbia University. „Ein Wettlauf zwischen dem, was CO2 bewirken kann, und dem, was der Meeresspiegel bewirken kann.“

Flucht vor der Flut

Der Anstieg des Meeresspiegels kann zusätzliches Wachstum aus einem sehr einfachen Grund stoppen. Wenn das Wasser steigt, werden Feuchtgebiete häufiger überschwemmt. Pflanzen brauchen sowohl Sauerstoff als auch CO2 – und Feuchtgebietspflanzen haben sich so entwickelt, dass sie den größten Teil ihres Sauerstoffs aus der Luft und nicht aus Wasser beziehen.

„Pflanzen sind aerobe, sauerstoffatmende Organismen“, sagte Megonigal. „Und dazu gehören auch ihre Wurzeln. Und so stehen sie grundsätzlich vor dem Problem, dass ihr Wurzelsystem in einer Umgebung steht, in der es keinen Sauerstoff gibt.“

Einige Feuchtgebiete könnten dem Ertrinken noch entkommen. Wenn Feuchtgebiete nicht durch Bauboden angehoben werden können, ist die Migration ins Landesinnere eine andere Möglichkeit. Das geht aber nur, wenn sie genug Platz haben. Für viele Gemeinden würde es eine Änderung der Art und Weise erfordern, wie sie das Land nutzen und wertschätzen, um Platz für die Ansiedlung von Feuchtgebieten zu schaffen.

In der Zwischenzeit müssen die Klimabuchhalter der Erde den Kohlenstoffhaushalt des Planeten überdenken. Jetzt, da Wissenschaftler wissen, dass zusätzliches CO2 das Wachstum von Feuchtgebieten nicht immer so stark stimuliert, wie sie dachten, bleibt noch ungewisser, wie viel Kohlenstoff Feuchtgebiete in den kommenden Jahrzehnten absorbieren können.