Studie zeigt, wie die Erfolgsquote von Restaurierungsinitiativen im Cerrado erhöht werden kann

Im Januar 2024 veröffentlichte Statistiken zeigen, dass die Abholzung im Amazonasgebiet im Jahr 2023 zwar um die Hälfte zurückging, im Cerrado, der brasilianischen Savanne, jedoch um 43 % zunahm. Eine Forschungsgruppe am Institut für Biologie der Staatlichen Universität von Campinas (IB-UNICAMP) in Brasilien, die sich ökologischen Studien am Cerrado widmet, hat dies bereits getan hervorgehoben die Dringlichkeit, die Zerstörung des Bioms zu bekämpfen. Es reicht jedoch nicht aus, das zu verteidigen, was noch übrig ist: Es ist auch eine Wiederherstellung erforderlich.

Die Restaurierung bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich, beispielsweise die ständige Wiederinvasion exotischer Gräser. Sobald diese in Weideland eingeführt wurden, breiten sie sich stark aus, vernichten einheimische Arten und verunstalten die krautige Schicht, die das Biodiversitätsreservat des Cerrado und die Hauptstütze seiner Ökosystemleistungen darstellt.

Sie sind schwer auszurotten, selbst wenn das Weideland aufgegeben wird. Dabei handelt es sich vor allem um die tropischen Futtergräser Urochloa spp., Melinis minutiflora und Andropogon gayanus.

Um Möglichkeiten zur Bekämpfung der Invasion oder Wiederinvasion exotischer Gräser zu validieren, wurde von der IB-UNICAMP-Gruppe eine bahnbrechende Studie im Nationalpark Chapada dos Veadeiros im Bundesstaat Goiás im mittleren Westen Brasiliens durchgeführt. Die Studie des Biologen Guilherme Mazzochini und seiner Mitarbeiter erscheint im Zeitschrift für Angewandte Ökologie.

Die Studie war Teil des thematischen Projekts „Wiederherstellung neotropischer Trockenökosysteme – ist die funktionelle Zusammensetzung der Pflanzen der Schlüssel zum Erfolg?“ Der Hauptforscher ist Rafael Oliveira, Professor am IB-UNICAMP. Er ist auch der letzte Autor des Artikels. Die vorletzte Autorin ist Lucy Rowland, Professorin an der University of Exeter im Vereinigten Königreich.

„Viele laufende Sanierungsprojekte zielen darauf ab, eine schnelle Pflanzenbedeckung in dem betreffenden Gebiet zu erreichen, aber in unserer Studie haben wir gezeigt, dass dies nicht immer die beste Strategie ist. Einem großen Teil dieser Projekte fehlt eine konsistente wissenschaftliche Grundlage und sie sind erfolglos, weil sie es sind.“ nicht in der Lage, Ökosysteme mit biologischer Vielfalt zu schaffen, die Ereignissen wie Dürre, biologischer Invasion und Bränden standhalten können.“

„Jede Wiederherstellungsinitiative muss auf einem tiefgreifenden Verständnis der Ökologie des wiederherzustellenden Ökosystems basieren. Leider ist das normalerweise nicht der Fall“, sagte Oliveira. Er beaufsichtigte Mazzochinis Postdoktorandenforschung.

Laut Oliveira spielt die Artenvielfalt eine Schlüsselrolle bei der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen die Invasion exotischer Gräser. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Diversität die Invasion verringert, wahrscheinlich aufgrund der Konkurrenz um Ressourcen im nährstoffarmen, sauren Boden des Cerrado“, sagte er.

Bei herkömmlichen Sanierungsprojekten umfasst die typische Bewirtschaftungsstrategie zur Beseitigung exotischer Gräser vor dem Pflanzen einheimischer Arten ein kontrolliertes Abbrennen und anschließendes häufiges Pflügen während der Trockenzeit, um Stolonen (oberirdische kriechende Stängel) und Wurzeln exotischer Gräser zu entfernen Töten Sie kürzlich gekeimte Sämlinge.

Dank der großen Menge an Samen, die unter der Erde verbleibt, und des ständigen Zustroms von Samen aus der Umgebung besiedeln die exotischen Arten jedoch innerhalb weniger Jahre die wiederhergestellten Gebiete erneut und dominieren sie.

„Ökologen beobachten seit Jahrzehnten, dass artenreiche lokale Gemeinschaften resistenter gegen Invasionen sind als artenarme Gemeinschaften. Experimente mit der Artenvielfalt und der Ökosystemfunktion in Regionen mit gemäßigtem Klima haben diese Beobachtungen bestätigt.“

„In unserem Experiment wurden Pflanzengemeinschaften mit unterschiedlicher Artenzahl getestet, um zu verstehen, wie die Artenvielfalt unter anderem die Produktivität, den Nährstoffkreislauf und die Invasionsresistenz beeinflusst. Unsere Studie war die erste, die ein Experiment zur Artenvielfalt im Cerrado durchführte, und eines davon.“ nur wenige wurden jemals in den Tropen durchgeführt“, sagte Mazzochini.

Studien zu gemäßigten Ökosystemen zeigen, dass Gemeinschaften mit größerer Diversität tendenziell über weniger verfügbare Ressourcen verfügen, was vermutlich auf die komplementäre Nutzung von Ressourcen durch Arten mit unterschiedlichen ökologischen Strategien zurückzuführen ist. Dies reduziert die Invasion exotischer Arten, die im Allgemeinen große Mengen an Ressourcen benötigen, um ein schnelles Wachstum aufrechtzuerhalten.

„Pflanzen überleben und wachsen in jeder Umgebung mithilfe einer Reihe ökologischer Strategien, die mit der Anatomie und Morphologie ihrer Blätter, Stängel und Wurzeln zusammenhängen. Diese Eigenschaften werden als funktionelle Attribute bezeichnet“, erklärte Mazzochini.

„Basierend auf funktionellen Eigenschaften können Pflanzenarten in ein Spektrum von konservativ bis akquisiv eingeteilt werden. Die akquisivsten Arten wachsen schnell und haben leichtere, empfindlichere vegetative Organe, die mehr Ressourcen benötigen. Diese Arten, zu denen auch exotische Gräser gehören, gelten als wettbewerbsfähiger.“ .“

„Andererseits wachsen konservative Arten langsamer und haben eine robustere Struktur mit dichteren Blättern, Stängeln und Wurzeln, sodass sie widrigen Bedingungen wie starker Trockenheit und geringer Nährstoffverfügbarkeit standhalten können.“

Variationen in funktionellen Merkmalen werden verwendet, um Arten entlang der konservativen Achse zu klassifizieren, während Ökologen kürzlich die Bezeichnung „kollaborativ“ eingeführt haben, um Anpassungsfähigkeit zu identifizieren, erklärte er. Das Konzept konzentriert sich auf die spezifische Wurzellänge (SRL), definiert als Ressourcenerwerb (absolute Wurzellänge) geteilt durch Ressourceninvestition (Masse).

„Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem SRL und dem Wurzeldurchmesser. Dünnere Wurzeln können Nährstoffe autonomer und effizienter aufnehmen. Dickere Wurzeln sind häufig auf eine Symbiose mit Mykorrhizapilzen angewiesen, die gegenseitige Beziehungen mit den Wurzeln aufbauen und Zugang zu Nährstoffen erhalten, die den Pflanzen nicht zur Verfügung stehen, im Allgemeinen Phosphor. und im Gegenzug den durch Photosynthese erzeugten Kohlenstoff erhalten.“

„Dies ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie Pflanzen mit anderen Organismen interagieren, um in vielen verschiedenen Umgebungen zu gedeihen“, sagte er.

Die beiden Achsen, konservativ und kollaborativ, wurden in der Studie berücksichtigt, die ein Biodiversitätsexperiment umfasste, das in einem Gebiet verlassener Weiden durchgeführt wurde, das vom Nationalpark Chapada dos Veados übernommen wurde. „Wir haben 302 quadratische Parzellen mit einer Größe von 2 x 2 m angelegt und null bis acht einheimische Grasarten mit einer Dichte von 1.000 Samen pro Quadratmeter gesät“, sagte er.

Die acht einheimischen Arten waren Axonopus aureus, Axonopus siccus, Andropogon fastigiatus, Aristida flaccida, Aristida riparia, Loudetiopsis chrysothrix, Schizachyrium sanguineum und Trachypogon spicatus.

Wie erwartet kam es zu einer Welle der erneuten Verbreitung exotischer Gräser, was auf die lange Zeit zurückzuführen ist, in der das betreffende Gebiet als Weideland genutzt wurde. Die Eindringlinge waren A. gayanus, M. minutiflora und drei Arten von Urochloa. Um die Invasion jeder Parzelle zu beurteilen, entfernten die Forscher die exotischen Arten und maßen ihre Biomasse.

Im Einklang mit den Ergebnissen von Biodiversitätsexperimenten in gemäßigten Ökosystemen stellten sie fest, dass Gemeinschaften mit relativ hohem Artenreichtum über weniger exotische Biomasse verfügten. Parzellen, auf denen nur eine einheimische Art gepflanzt wurde, hatten 3,6-mal mehr exotische Biomasse als Parzellen mit acht Arten. Dieser Befund warf eine wichtige Frage auf: Welcher Mechanismus war dafür verantwortlich, dass artenreicheren Gemeinschaften eine größere Resistenz gegen invasive Arten verliehen wurde?

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine größere funktionelle Vielfalt in Bezug auf Pflanzenhöhe und SRL mit einer Verringerung der Invasion exotischer Arten verbunden ist. Höhenvielfalt, die sich auf die oberirdische Biomasse einheimischer Arten bezieht, scheint mehrere Vegetationsschichten zu schaffen, die die Ausbreitung begrenzen.“ Menge Sonnenlicht, die invasive Arten erreicht.“

„Wie wir herausgefunden haben, ist die SRL-Vielfalt ein Schlüsselfaktor, was darauf hindeutet, dass vielfältigere Wurzelstrategien und der Schatten, der durch oberirdische einheimische Biomasse bereitgestellt wird, die Invasion wirksam reduzieren. Konkret hatten die Monokulturparzellen im Durchschnitt 4,7-mal mehr exotische Biomasse als die Parzellen.“ mit mehr SRL-Funktionsvielfalt“, sagte Mazzochini.

Dieser Befund ist besonders wichtig, da viele krautige Gemeinschaften im Cerrado nicht über große Mengen an oberirdischer Biomasse verfügen, da der nährstoffarme, saure Boden die Produktivität einschränkt. Der Großteil der Biomasse wird unter der Erde in Wurzeln und unterirdischen Strukturen gespeichert.

„Wir verglichen auch die Biomasse exotischer Arten auf Monokulturflächen und unbesätten Flächen, um zu sehen, ob die Anwesenheit einheimischer Arten allein die Invasion erleichterte oder mit invasiven Arten konkurrierte. Diese Analyse zeigte, dass die Wirkung verschiedener einheimischer Arten unterschiedlich war.“

„Einige einheimische Arten erleichterten die Etablierung exotischer Arten, während andere die Invasion verringerten, selbst im Fall von Monokulturflächen. Wir waren überrascht, dass die am schnellsten wachsende einjährige einheimische Art, A. fastigiatus, die Etablierung exotischer Arten erleichterte „2,9-mal mehr exotische Biomasse auf Monokulturen als auf unbesäten Parzellen“, sagte Mazzochini.

Dieser Befund könnte zu einer umfassenden Überarbeitung der im Cerrado angewandten Restaurierungsstrategien führen, da A. fastigiatus bei Restaurierungsprojekten intensiv eingesetzt wird. Angesichts seines schnellen Wachstums erwarteten die Forscher, dass er den Boden schneller bedecken und die Invasion exotischer Arten verhindern würde. Da es sich jedoch um eine einjährige Art handelt, stirbt er früh in der Trockenzeit ab, und seine Biomasse zersetzt sich und düngt den Boden, was die Etablierung begünstigt von schnell wachsenden exotischen Arten in den Folgejahren.

„Zu unserer Überraschung unterscheiden sich die beiden Arten, die die Invasion am stärksten reduziert haben, in funktioneller Hinsicht am unterschiedlichsten die kürzeste Gesamtwurzellänge. Parzellen, auf denen eine dieser Arten die Monokultur war, hatten 73 % bzw. 92 % weniger Biomasse als unbesäte Parzellen.“

„Diese Ergebnisse widersprechen der Vorstellung, dass eine einzelne einheimische Art mit hoher Dichte gesät werden kann, um eine Invasion zu verhindern. Stattdessen zeigen die Ergebnisse, wie wichtig es ist, bei der Aussaat einheimischer Arten zu Wiederherstellungszwecken mehrere ökologische Strategien anzuwenden“, sagte Mazzochini.

Für Oliveira ist die Artenvielfalt von zentraler Bedeutung. „Je größer die Artenvielfalt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, exotische Arten zu besiegen. Die Ergebnisse zeigen auch, wie wichtig es ist, Management- und Wiederherstellungspraktiken zu überarbeiten, bei denen schnell wachsende ein- oder zweijährige Arten zum Einsatz kommen. Entgegen der allgemeinen Annahme können diese Arten die Ansiedlung von Eindringlingen erleichtern.“ im Laufe der Jahre“, sagte er.