Neue Methodik hilft bei der Vorhersage der Bodenerholung nach Waldbränden

Böden beeinflussen die Wasserqualität und sind entscheidend für das Pflanzenwachstum. Es war jedoch schwierig vorherzusagen, wie sich das Pflanzenwachstum und die Wasserqualität nach Waldbränden verändern würden. Jetzt hat ein Team von Ermittlern aus Colorado eine neue Methode entwickelt, um solche Vorhersagen zu ermöglichen. Die Forschung ist veröffentlicht in Angewandte und Umweltmikrobiologie.

„Um praktische Vorhersagen über die Wiederherstellung zu treffen, mussten wir ein modernes Instrument der künstlichen Intelligenz namens statistisches Lernen verwenden“, sagte John Spear, Ph.D., Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, Colorado School of Mines, Golden, Colorado. „Als wir Daten über die Mikroben und Nährstoffe in dieses Modell eingespeist, konnten wir viel genauer vorhersagen, wie sich der Boden durch Feuer verändert.“

Spear betonte, dass die Kombination von Informationen über die Arten und Mengen von Mikroben und Nährstoffen die Genauigkeit erhöht. Eine weitere faszinierende Entdeckung war, dass die Einbeziehung von Mikrobiota, die im Boden ungewöhnlich sind – diejenigen, die weniger als 1 % des Mikrobioms ausmachen – entscheidend für die Genauigkeit der Vorhersagen war.

„Dieser scheinbare Widerspruch ist ein faszinierendes Ergebnis unserer Studie und widerspricht der allgemeinen Meinung, dass wir, wenn wir 99 % dessen, was im Boden lebt, messen, ein gutes Gefühl dafür haben, wie sich dieser Boden verhalten wird“, sagte Erstautor Alexander S Honeyman, Ph.D., wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Colorado School of Mines.

Die Forscher waren auch in der Lage, die Wasserqualität vorherzusagen, indem sie das Mikrobiom auf Arten analysierten, die sowohl die Bodenregeneration als auch die nachgelagerten Gewässer beeinflussen, sagte Spear, der hinzufügte, dass die Methodik zu einem besseren Verständnis der Erholung sowohl des terrestrischen als auch des aquatischen Ökosystems nach einem Waldbrand führen könnte.

In der Studie „gingen wir 2018 und 2019 zu zwei aktiven Waldbränden in Colorado und sammelten Erde, kurz nachdem das Schwelen aufgehört hatte“, sagte Spear. „Das war so einfach wie Erde in einen Eimer zu schaufeln. Wir kehrten drei Sommer lang an dieselben Orte zurück [2018, 2019, and 2020]sammelte weitere Proben und verfolgte, wie sich die Landschaft vom Schwarz des Brandes zum Grün des neuen Wachstums erholte.

Zurück im Labor maßen die Forscher Bodenkohlenstoff, Stickstoff und andere wichtige Moleküle. Sie führten auch die Zählung des Mikrobioms durch – die vorhandenen Arten und die jeweiligen Mengen in den Böden.

„Der Trick“, sagte Spear, „bestand darin, dies drei Jahre lang immer wieder gründlich zu tun und einen Datensatz von mehr als 500 Bodenproben zu generieren. Dann wollten wir sehen, ob das Muster der Erholung des Bodens nach einem Brand dies kann anhand dieses einzigartigen Datensatzes mithilfe von statistischem Lernen vorhergesagt werden können.“

Die Methodik funktionierte trotz der Tatsache, dass der Datensatz sehr vielfältig ist und unterschiedliche Schweregrade von Waldbränden sowie verschiedene Bodentypen und Jahreszeiten darstellt. „Das sind gute Nachrichten für unseren Ansatz, denn [the methodology] scheint bei vielen verschiedenen Bodenbedingungen zu funktionieren“, sagte Spear.

Die Forschung wurde durch Honeymans jahrzehntelange Erfahrung als freiwilliger Feuerwehrmann und durch den Verlust seines Hauses durch ein Lauffeuer in Colorado im Jahr 2010 motiviert. Diese Erfahrung warf wichtige Fragen für ihn auf. Würde der Boden Nährstoffe zurückgewinnen, die bei einem Brand verloren gegangen waren? Die Ermittler wollten auch wissen, ob die Wasserqualität erneuert würde. „Wir haben uns gefragt, wie wir die Wiederherstellung auf eine Weise beschreiben können, die für Landverwalter tatsächlich nützlich ist“, sagte Spear und bemerkte, dass „unseren Forstdienst-Koautoren, die Landverwalter sind, diese Arbeit wirklich gefallen hat.“

Da der Klimawandel zu häufigeren Bränden beitrage, sei es entscheidend, dass wir verstehen, wie man mit der Rückgewinnung verbrannter Erde umgeht, insbesondere im Westen der USA, sagte Spear.

Spear merkte an, dass die Methode wahrscheinlich auch auf die Landwirtschaft angewendet werden könnte, um die Nahrungsmittelproduktion anzukurbeln, „auch wenn weniger Wasser und weniger Dünger verbraucht und somit Geld gespart wird“.