Pflanzenökologische Studie zeigt dominanten Einfluss des Klimas auf die Vegetation

Die ökologische Forschung argumentiert seit mehreren Jahren, dass das Klima in tropischen Regionen oft keinen entscheidenden Einfluss auf die Verbreitung von Wäldern und Savannen hat. Einem internationalen Forscherteam um Prof. Dr. Steven Higgins an der Universität Bayreuth ist es nun jedoch gelungen, nachzuweisen, dass es vor allem von klimatischen Faktoren abhängt, ob Regionen in Afrika von Wald oder Savanne bedeckt sind. Die Studie, veröffentlicht in Wissenschaftbestätigt somit die dominierende Rolle des Klimas bei der Bildung globaler Vegetationsmuster.

Die Studie entstand in enger Zusammenarbeit der Bayreuther Pflanzenökologen mit Forschungspartnern in Norwegen und Südafrika. „Unsere Studien zur Verbreitung von Wäldern und Savannen in Afrika zeigen einen dominanten Einfluss des Klimas auf die Vegetation. Die Ergebnisse stärken daher die Annahme, dass wissenschaftlich fundierte Prognosen zum Klimawandel eine verlässliche Grundlage sind, um bevorstehende Veränderungen in Ökosystemen und Vegetation richtig einzuschätzen.“ – nicht nur in Afrika, sondern auch in anderen Regionen der Welt“, sagt Erstautor Prof. Dr. Steven Higgins, Lehrstuhlinhaber für Pflanzenökologie an der Universität Bayreuth.

Er fügt hinzu: „Klimaforschung und Pflanzenökologie können gemeinsam dazu beitragen, geeignete Maßnahmen im Natur- und Umweltschutz, aber auch in der Land- und Forstwirtschaft zu entwickeln, um sich an die heute bereits absehbaren Veränderungen in der Pflanzenwelt anzupassen.“

Gleichzeitig warnen die Autoren der Studie vor Maßnahmen, die den Einfluss des Klimas auf die Vegetation unterschätzen. Beispielsweise gibt es derzeit Bestrebungen, Savannenregionen in Afrika aufzuforsten, damit Waldflächen CO2 aus der Atmosphäre binden können. Diesen Klimaschutzplänen liegt die durch die neue Forschung widerlegte Annahme zugrunde, dass es sich bei Wäldern und Savannen um Vegetationstypen handelt, die unter gleichen klimatischen Bedingungen vorkommen können.

„Die Annahme, dass die natürliche Kohlenstoffspeicherung der Erde durch die groß angelegte Umwandlung afrikanischer Savannen in Wälder erhöht werden kann, ist falsch und sogar gefährlich. Eine solche Aufforstung hätte wahrscheinlich wenig Erfolg, da das Klima in Savannenregionen keine Wälder begünstigt, dies aber tun würde.“ schädigen die Artenvielfalt von Savannenökosystemen“, sagt Dr. Timo Conradi, Co-Autor der Studie, von der Forschungsgruppe Pflanzenökologie.

Klimadominanz: Ein neuartiges Modell widerlegt das Paradigma alternativer Ökosystemzustände

Die Ansicht, dass das Vorkommen von Wäldern und Savannen in Afrika nicht durch bestimmte klimatische Faktoren bestimmt wird, folgt einem Paradigma, das in der ökologischen Forschung zunehmend Anerkennung findet. Es basiert auf der Hypothese, dass es in vielen Regionen der Welt „alternative Ökosystemzustände“ (AES) gibt. Diese werden nicht oder zumindest nicht primär durch das Klima verursacht. Die Hypothese basiert auf der Tatsache, dass interne Rückkopplungsprozesse in Ökosystemen die Auswirkungen klimatischer Faktoren überlagern und abschwächen. In diesem Zusammenhang wird die Beobachtung, dass Wälder und Savannen in sehr ähnlichen Klimaregionen vorkommen, als Beweis dafür verwendet, dass die Vegetation nicht durch das Klima bestimmt wird, und zur Stützung der AES-Hypothese.

Die Widerlegung dieses Paradigmas ist der Kern der in veröffentlichten Studie Wissenschaft. Die Autoren nutzten ein etabliertes Modell des Pflanzenwachstums und verknüpften es mit umfangreichen Daten zu Klimafaktoren und der regionalen Verbreitung von Pflanzenarten in Afrika. Eine von ihnen entwickelte Methode, die „phytoklimatische Transformation“, beschreibt, wie verschiedene klimatische Faktoren das Wachstum von Pflanzenarten begünstigen oder behindern. Die Methode kann ableiten, welche Pflanzenarten unter jeder möglichen Kombination aus Temperatur, Bodenfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung und atmosphärischer CO2-Konzentration gedeihen. Auf diese Weise wurden insgesamt 678 Standorte in Afrika danach klassifiziert, ob sie sich bevorzugt für die Entwicklung von Wäldern oder Savannen eignen. 89 Prozent der so getroffenen Vorhersagen stimmten mit den tatsächlich vorhandenen Vegetationszuständen überein.

Wie die Wissenschaftler zeigen konnten, sind Unstimmigkeiten zwischen vorhergesagten und bestehenden Vegetationszuständen nicht unbedingt ein Hinweis auf alternative Ökosystemzustände. Vielmehr könnten die Unstimmigkeiten zu einem großen Teil auf abiotische Umweltfaktoren zurückgeführt werden. Dazu zählen vor allem topografische Merkmale wie die Strukturierung der Landschaft durch Berge und Täler, aber auch die Beschaffenheit von Böden und mikroklimatische Einflüsse, die beispielsweise von Wasserfällen oder Flussauen ausgehen.

Die Autoren stellen die Existenz alternativer Ökosystemzustände nicht grundsätzlich in Frage. „Das AES-Konzept ist theoretisch fundiert und eröffnet spannende Forschungsperspektiven; darüber hinaus gibt es in der wissenschaftlichen Literatur eine Handvoll guter Beispiele. In der Praxis ist es jedoch sehr schwierig, die Existenz eines AES nachzuweisen. Daher glauben wir, dass alternative Ökosystemzustände vorliegen.“ Es gibt sie, aber wir müssen herausfinden, wie häufig sie tatsächlich vorkommen, und die Bedingungen, die ihre Existenz begünstigen, besser verstehen“, erklärt Prof. Dr. Steven Higgins.