Bäume, die unter Bedingungen leben, in denen der Kohlendioxidgehalt (CO2) künstlich erhöht wurde, werden wahrscheinlich effizienter Wasser sparen.
Nach neuen Erkenntnissen, die von Forschern der University of Birmingham veröffentlicht wurden, konnten die Bäume unter erhöhter CO2-Behandlung ihre Wassernutzungseffizienz steigern, indem sie ihre Kohlenstoffaufnahme erhöhten und gleichzeitig Wasser sparten, indem sie das Öffnen und Schließen der Poren auf den Blättern anpassten, genannt Stomata.
In einer Studie veröffentlicht in Neuer Phytologe, Die Forscher stellten fest, dass diese Reaktionen im Gegensatz zu früheren Annahmen bei allen untersuchten Baumarten ähnlich waren.
Die Ergebnisse bieten neue Ansätze zur Modellierung und Vorhersage des Pflanzenverhaltens unter erhöhten CO2-Bedingungen. Es bietet ein neues Puzzleteil für Pflanzenwissenschaftler, die daran arbeiten, ein vollständigeres Bild davon zu erstellen, wie unsere Wälder auf atmosphärische Bedingungen reagieren werden, die voraussichtlich bis 2050 die Norm sein werden.
Der für Pflanzen auf der ganzen Welt wichtige Kompromiss besteht zwischen Kohlenstoffgewinn und Wasserverlust. Dieser Kompromiss ergibt sich aus der Struktur der Pflanze: Stomata öffnen und schließen sich, damit die Pflanze CO2 für das Wachstum aufnehmen kann, aber da die Stomata offen sind, kann Wasser die Pflanze durch Transpiration verlassen. Das bedeutet, dass die Pflanze einen Kompromiss zwischen der Aufnahme der maximalen CO2-Menge und der Minimierung des Wasserverlusts eingehen muss.
Die Forscher analysierten Daten von Langzeitexperimenten mit erhöhtem CO2 in Bäumen in den letzten 20 Jahren. Die Analyse umfasste 16 verschiedene Standorte weltweit und umfasste Daten von Experimenten, bei denen ganze Bäume betrachtet wurden, bis hin zu kleineren Zweig- und Blattdatensammlungen.
Unter Berücksichtigung aller Daten stellten die Forscher fest, dass die Effizienz der Wassernutzung in den Blättern der Bäume bei einer Verdoppelung des CO2 um 85 % zunahm, was dem bis Mitte des Jahrhunderts erwarteten CO2-Anstieg im Vergleich zum vorindustriellen Durchschnitt entspricht.
Das Team verwendete diese Daten dann zur Berechnung der „g1-Zahl“, die die Wasserkosten des Kohlenstoffgewinns für jeden Baumtyp ausdrückt. Sie fanden heraus, dass sich die g1-Zahl unter erhöhtem CO2-Gehalt nicht veränderte, was sie zu einem sehr nützlichen Werkzeug macht, um die Reaktionen von Bäumen unter Umständen zu beschreiben, die über die direkt gemessenen hinausgehen.
„Die Modelle, die wir verwenden, um die Reaktionen von Bäumen auf zukünftige atmosphärische CO2-Konzentrationen vorherzusagen, enthalten noch viele Unsicherheiten – und das Verhalten von Stomata ist eine davon“, erklärte Dr. Anna Gardner vom Birmingham Institute of Forest Research, die die Studie leitete lernen.
„Bei erhöhtem CO2-Gehalt könnten wir erwarten, dass sich der Wasserverbrauch verringert, weil Stomata CO2 in einer höheren Konzentration aufnehmen und daher nicht so lange geöffnet sein müssen. Aber tatsächlich fanden wir heraus, dass das erhöhte CO2 auch eine Zunahme der Photosynthese verursachte – und dieses Verhalten war es ein stärkerer Antrieb zur Steigerung der Wassernutzungseffizienz. In der Tat erhalten die Bäume bei höherem CO2-Ausstoß mehr Kohlenstoffgewinn für jeden ausgegebenen „Buck“ Wasser.“
Sie fügte hinzu: „Ein Grund, warum Bäume für Ökosysteme so wichtig sind, ist, dass sie Kohlenstoff speichern – aber Wasser ist auch eine wertvolle Ressource, also müssen wir Wege finden, die Kohlenstoffkosten dieses Wassers genau zu berechnen. All diese Daten helfen uns, mehr zu bauen.“ genaues Bild des wahrscheinlichen Verhaltens dieser Ressourcen in der Zukunft.“
Mehr Informationen:
Anna Gardner et al., Optimale Stomatal-Theorie prognostiziert CO2-Antworten der Stomata-Leitfähigkeit sowohl in Gymnosperm- als auch in Angiosperm-Bäumen, Neuer Phytologe (2022). DOI: 10.1111/nph.18618