Tropische Wälder nutzen CO₂ als Dünger, sind aber durch die Phosphorverfügbarkeit begrenzt

Tropenwälder speichern etwa 72 % des weltweiten Kohlenstoffs in der Waldbiomasse und tragen etwa ein Drittel zur globalen Nettoprimärproduktivität (NPP) bei. Der CO2-Düngeeffekt, der die CO2-Konzentration in Blättern erhöht und die Kohlenstoffbindungskapazität der Pflanzen steigert, ist ein Schlüsselmechanismus zur Erhaltung und Steigerung der Produktivität tropischer Wälder. Die Zukunft dieses CO2-Düngeeffekts ist jedoch ungewiss, teilweise aufgrund von Nährstoffbeschränkungen.

In einer Studie veröffentlicht im Journal Waldökosysteme, Forscher aus den USA, Japan und China präsentieren ein neues Kohlenstoff-Stickstoff-Phosphor-gekoppeltes biogeochemisches Modell namens Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM-CNP). Dieses Modell untersucht, wie sich eine Phosphor-(P)-Begrenzung auf den Kohlenstofffluss in tropischen Wäldern auswirkt.

„Tropische Wälder sind lebenswichtige Kohlenstoffspeicher und ihre Kapazität könnte durch mehr CO2 zunehmen, doch Nährstoffe sind für die Unterstützung dieses Wachstums von entscheidender Bedeutung“, sagt Zhuonan Wang, der Hauptautor der Studie und Postdoktorand am Natural Resource Ecology Laboratory der Colorado State University.

„Unser Modell simuliert biogeochemische Prozesse in tropischen Wäldern und stellt die interaktive Ko-Limitierung von Stickstoff und Phosphor auf die Kohlenstofffixierung in der Vegetation dar. Es ermöglicht uns zu untersuchen, wie sich verschiedene Faktoren auf den CO2-Düngeeffekt in diesen Wäldern auswirken.“

Das multidisziplinäre Team der Studie stellte fest, dass eine Phosphorbeschränkung die Produktivitätsreaktion der tropischen Wälder auf steigende CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre verringerte. Kombinierte Stickstoff- und Phosphorbeschränkungen verringerten den CO2-Düngeeffekt auf die Bruttoprimärproduktion, die Nettoprimärproduktivität und die Nettoökosystemproduktion um 45 %, 46 % bzw. 41 %.

Während die CO2-Düngung einen deutlich positiven Einfluss auf GPP und NPP hatte, war die Abholzung der Hauptfaktor, der zur Reduzierung dieser Werte beitrug. Das faktorielle Experiment ergab, dass die Abholzung den CO2-Düngungseffekt auf NPP von den 1860er bis in die 2010er Jahre um 135 % ausgleicht.

Laut Wang stellt dies einen großen Fortschritt in der Modellierung der terrestrischen Biosphäre dar. Wang erklärt: „Unser neuartiger Ansatz zeigt, wie zunehmende Phosphorbegrenzung und Abholzung das Kohlenstoffsenkenpotenzial tropischer Wälder verringern, und unterstreicht die entscheidende Rolle von Phosphor im Kohlenstoffkreislauf. Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse die weitere Erforschung von Kohlenstoff-Stickstoff-Phosphor-Modellen zum Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs fördern.“