Tropenwälder speichern in ihrem Holz und Boden ein Drittel des weltweiten Kohlenstoffs. Ihre Zukunft als Kohlenstoffsenke ist jedoch ungewiss. Wissenschaftler fragen sich seit langem, ob nährstoffarme tropische Böden die Gedeihfähigkeit reifer und sich erholender Wälder einschränken könnten.
Eine Studie veröffentlicht In Neuer Phytologe bietet eine hoffnungsvolle Antwort und legt nahe, dass die Wälder über flexible Strategien verfügen, die ihnen helfen, die Herausforderung knapper Nährstoffe zu bewältigen.
„Vielleicht müssen wir uns darüber gar nicht so viele Sorgen machen“, schlussfolgerte die leitende Autorin Sarah Batterman, eine Tropenwaldökologin am Cary Institute of Ecosystem Studies. „Aufgrund dieser flexiblen Strategien könnten Bäume in Zukunft sogar bei Nährstoffmangel als Kohlenstoffsenke fungieren. Unsere Ergebnisse untermauern das Potenzial der tropischen Wiederaufforstung und der Erhaltung intakter Wälder als langfristige Klimalösung.“
Ein beispielloses Experiment
Steigende Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre könnten das Wachstum tropischer Wälder fördern, da sie die Photosynthese erleichtern. Wissenschaftler befürchten jedoch, dass der Mangel an bestimmten Nährstoffen – insbesondere Phosphor – das Waldwachstum einschränken und die potenzielle Kohlenstoffsenke schrumpfen lassen könnte. Böden in den Tropen sind aufgrund der Witterung typischerweise arm an Phosphor, und zunehmende Störungen sowie steigende CO2-Werte dürften die Nährstoffe im Boden noch knapper machen.
Im größten Experiment seiner Art untersuchte das Team, wie Wälder unterschiedlichen Alters zwei Strategien zur Nährstoffaufnahme anpassen, um an Phosphor zu gelangen: Eine Strategie basiert auf einem Enzym namens Phosphatase, das von den Wurzeln einiger Bäume abgesondert wird, und die andere nutzt Mykorrhizapilze. Diese Pilze leben im Boden und können sich mit Bäumen zusammentun, um Nährstoffe im Boden aufzuspüren und freizusetzen. Beide Strategien sind mit erheblichen Kohlenstoff- und Stickstoffkosten für den Baum verbunden.
Die Wissenschaftler unter der Leitung von Michelle Wong, ehemalige Postdoktorandin am Cary Institute und derzeit Assistenzprofessorin an der Yale University, wollten herausfinden, wie Wälder unterschiedlichen Alters ihre Strategien zur Nährstoffaufnahme als Reaktion auf Veränderungen des Stickstoff- und Phosphorgehalts im Boden anpassen.
„Obwohl unterirdische Prozesse für die Funktion von Ökosystemen sehr wichtig sind, sind sie im Vergleich zu oberirdischen Prozessen noch sehr viel schlechter erforscht, da sie schwieriger zu untersuchen sind“, sagte Wong.
Das Feldexperiment fand in den tropischen Tiefland-Feuchtwäldern Panamas statt und erstreckte sich über ein ausgedehntes Gebiet. Die 76 Parzellen, die sich über 16 Quadratkilometer bergiges Gelände erstreckten, umfassten Waldgebiete, die von kürzlich aufgegebenen Weiden bis hin zu reifen, 600 Jahre alten Beständen reichten. Während einige Parzellen in Ruhe gelassen wurden, wurden andere mit Stickstoff, Phosphor oder beidem gedüngt.
Ein Jahr lang maß das Team die Aktivität von Phosphatase und Mykorrhizapilzen auf den Parzellen, um die Flexibilität der beiden Strategien zu bestimmen und festzustellen, ob die Wälder mit zunehmendem Alter und veränderten Nährstoffbeschränkungen unterschiedlich in die Strategien investieren.
Die Lösung eines Klima-Rätsels
Wälder unterschiedlichen Alters reagierten unterschiedlich auf die Nährstoffzufuhr, was zeige, dass „Bäume aktiv auf ihre Nährstoffumgebung reagieren“, sagte Wong.
In jüngeren Wäldern, in denen Stickstoff der limitierendste Nährstoff ist, änderte die Zugabe von Phosphor die Phosphataseaktivität nicht, die Zugabe von Stickstoff jedoch schon. Mit ausreichend Stickstoff könnten die Bäume dann Strategien entwickeln, um mehr Phosphor aufzunehmen.
In älteren Wäldern nahm die Phosphataseaktivität als Reaktion auf die Phosphordüngung zu, was bedeutet, dass die Stickstoffbegrenzung verschwindet, wenn der Wald reift und dann Phosphor begrenzt wird. Batterman identifizierte diesen Trend der Stickstoffbegrenzung in jungen Wäldern, der mit der Zeit abnimmt, in ihrem vorherige Arbeit.
Phosphatase erweist sich als äußerst flexible Nährstoffaufnahmestrategie, die in jeder Waldaltersklasse um die Hälfte zunimmt, wenn Stickstoff vorhanden ist, und um die Hälfte abnimmt, wenn Phosphor vorhanden ist. Die Reaktionen auf die Mykorrhiza-Kolonisation waren dagegen weniger konsistent und vorhersehbar.
Obwohl die Ergebnisse ermutigend sind, warnt Batterman: „Wir wissen noch nicht, ob die Flexibilität ausreicht, um alle Nährstoffe zu erhalten, die die Wälder in Zukunft brauchen.“ Phosphatase zum Beispiel ist auf den Abbau einer Form von Phosphor angewiesen, die in Zukunft knapper werden könnte, sodass ihre Nützlichkeit begrenzt sein könnte. Dennoch „könnte es eine Pufferkapazität geben, um die Nährstoffknappheit zumindest für eine Weile zu mildern“, sagte Batterman.
Wong fügt hinzu, dass die Fähigkeit zur Anpassung der Strategien bedeuten könne, dass die Wälder „widerstandsfähiger seien und sich so von Landnutzungsänderungen erholen oder ihre Produktivität in einer zunehmend kohlenstoffreichen Welt aufrechterhalten könnten“.
Informationen für intelligentere Wiederaufforstungsbemühungen
Für Forstverwalter und Organisationen, die Wiederaufforstungsmaßnahmen durchführen, bieten die Ergebnisse einige praktische Ratschläge: „Wir müssen bei der Wiederaufforstung die Nährstoffbegrenzung berücksichtigen“, sagte Batterman. „Eine Möglichkeit besteht darin, sicherzustellen, dass wir eine Vielfalt von Bäumen mit unterschiedlichen Phosphoraufnahmestrategien verwenden. Wir sollten auch sicherstellen, dass wir Bäume verwenden, die an die Phosphorwerte an jedem Standort angepasst sind.“
Derzeit wird bei den meisten Wiederaufforstungsbemühungen nicht so sorgfältig vorgegangen – es geht eher darum, Setzlinge schnell in die Erde zu bringen und alle verfügbaren Arten zu verwenden. Dennoch ist Batterman optimistisch, dass Wälder eine natürliche Klimalösung darstellen.
„Wir können es sofort umsetzen, es ist kostengünstig und es hat so viele Nebenvorteile, wie den Schutz von Wassereinzugsgebieten, die Verbesserung der Artenvielfalt und den Schutz von Arten, die für die indigene Bevölkerung wichtig sind. Aber es muss richtig gemacht werden. Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem die Wissenschaft den Prozess leiten und sicherstellen kann, dass der Kohlenstoff noch für lange Zeit da sein wird.“
Mehr Informationen:
Michelle Y. Wong et al, Bäume passen ihre Nährstoffaufnahmestrategien während der sekundären Sukzession tropischer Wälder an, Neuer Phytologe (2024). DOI: 10.1111/nph.19812