Tropische Regenwälder speichern 25–40 % des globalen Bodenkohlenstoffs, obwohl sie nur 7 % der Landfläche der Erde einnehmen. Indem sie als Kohlenstoffsenke fungieren, verhindern tropische Wälder schwerwiegendere Auswirkungen des Klimawandels.
Ein Forschungsteam unter der Leitung eines Wissenschaftlers der Colorado State University fand heraus, dass der Klimawandel die Fähigkeit tropischer Wälder, Kohlenstoff zu speichern, beeinträchtigen wird. Ihre Studie zeigt, dass die anhaltende Austrocknung in tropischen Wäldern, eine erwartete Folge des Klimawandels, zu Kohlenstoffverlusten aus den fruchtbarsten Böden führt – und dass Bodennährstoffe eine wichtige Rolle dabei spielen, wie viel Kohlenstoff freigesetzt wird und wann.
„Tropenwälder können sehr empfindlich auf eine Verringerung der Niederschläge reagieren“, sagte Daniela Cusack, Hauptautorin und außerordentliche Professorin am Department of Ecosystem Science and Sustainability, „und sie haben einige der größten Kohlenstoffspeicher der Erde. Da das Klima trocknet , dass Kohlenstoff anfällig ist.“
Der Klimawandel reduziert an einigen Orten die Niederschläge und verursacht mehr Schwankungen von Jahr zu Jahr. Einige tropische Wälder wurden bereits als austrocknend dokumentiert.
„Der gesamte Kohlenstoff, der derzeit in den Regenwäldern gespeichert ist, ist wie eine Bank“, sagte Cusack. „Wir lagern all diesen Kohlenstoff ein und alles, was diesen Kohlenstoff freisetzt, wird den Klimawandel verschlimmern und sich auf alle auswirken.“
Unerwartete Ergebnisse
Cusack und ihr Team bewerteten die Auswirkungen natürlicher saisonaler Austrocknung und chronisch reduzierter Niederschläge auf die Kohlenstoffflüsse in tropischen Wäldern. Sie fanden heraus, dass die natürliche saisonale Trocknung die Freisetzung von Kohlendioxid unterdrückte.
„Anfangs gab es eine gewisse Widerstandsfähigkeit, was Sinn macht, da es sich um saisonale Wälder handelt, also sind sie an eine Trockenzeit gewöhnt“, sagte Cusack. „Aber es scheint, als ob wir nach dieser anfänglichen Widerstandsfähigkeit eine Schwelle erreichen, an der sich die Dinge in einigen tropischen Wäldern schneller ändern.“
Das Ökosystemmodell, das sie in der Studie verwendeten, sagte voraus, dass eine anhaltende Austrocknung die Freisetzung von Kohlendioxid aus fruchtbareren und feuchteren Tropenwäldern erhöhen, aber die CO2-Flüsse aus trockeneren Tropenwäldern verringern würde.
„Wir hatten vorhergesagt, dass die feuchteste Stelle am empfindlichsten auf Austrocknung reagieren würde“, sagte Cusack. „Es ist am wenigsten an trockenere Bedingungen angepasst.“
Die Erwartung war, dass die feuchteren Standorte, wenn sie etwas austrocknen, günstiger für Mikroben werden würden, die Kohlenstoff im Boden zersetzen und ihn wieder in Kohlendioxid umwandeln.
„Was wir gesehen haben, war das Gegenteil von dem, was für diese Tropenwälder angenommen wurde“, sagte Cusack. Der Standort, von dem sie den größten Kohlenstoffverlust erwartet hatten, verlor tatsächlich am wenigsten Kohlenstoff.
Vielleicht können die Mikroben in unfruchtbarem Boden nicht gedeihen, sagte Cusack, oder vielleicht nimmt die mikrobielle Aktivität in den feuchtesten Böden nur langsamer zu, weil sie länger brauchen, um auszutrocknen. Cusack sagte, es seien weitere Untersuchungen erforderlich, um festzustellen, warum die Ergebnisse nicht mit dem Modell übereinstimmten.
Der Kohlenstoffverlust durch Atmung nahm mit anhaltender Austrocknung in den fruchtbareren Böden signifikant zu, was darauf hindeutet, dass Nährstoffe eine wichtige Rolle bei den CO2-Flüssen spielen.
Dem Regenwald den Regen vorenthalten
Die Studie mit dem Namen PARCHED for PAnama Rainforest Changes with Experimental Drying maß die Auswirkungen der natürlichen saisonalen Austrocknung und der experimentellen chronischen Austrocknung auf die Kohlenstoffspeicherung im Boden in vier verschiedenen tropischen Wäldern in Panama.
Die Wälder umfassten ein breites Spektrum an natürlichen Niederschlägen und Bodenfruchtbarkeit. Auf diese Weise konnten die Forscher vergleichen, wie verschiedene Arten von Tropenwäldern auf die Austrocknung reagieren würden.
Mit anfänglicher Investition der National Science Foundation führten sie ab 2015 zwei Jahre lang Basismessungen durch. Dann begann das Team 2018 dank der Finanzierung durch das Energieministerium mit der Überwachung der Kohlenstoffflüsse unter Bedingungen, die durch die experimentelle Austrocknung von Regenwaldparzellen auferlegt wurden.
Um eine künstliche Trocknung herbeizuführen, baute das Team in jedem der vier Wälder Teilgewächshausüberdachungen über 10 x 10 Meter große Parzellen. Die Überdachung, die sich unterhalb des Walddaches befand, leitete an jedem Standort etwa die Hälfte des Regens vom Boden ab. Mit Kunststoff ausgekleidete Gräben verhinderten das Eindringen von Feuchtigkeit in die Studienparzellen.
Die Studium, veröffentlicht in Globale biogeochemische Kreisläufezeigte, dass verschiedene tropische Wälder unterschiedlich und in unterschiedlichen Zeiträumen auf den Klimawandel reagieren werden und dass fruchtbare Böden möglicherweise als erste mit großen Kohlenstoffverlusten in den Tropen reagieren.
Die Forscher waren überrascht, dass Bodennährstoffe eine ebenso große Wirkung zu haben scheinen wie die Bodenfeuchte, was eine Aktualisierung der Vorhersagemodelle erforderlich macht.
„Wenn nicht genügend Nährstoffe vorhanden sind, scheinen die Mikroben nicht so stark auf Feuchtigkeitsänderungen zu reagieren“, sagte Cusack.
Wissenschaftler haben noch keine Veränderungen im Pflanzenwachstum oder die Umwandlung von CO2 in Sauerstoff durch Photosynthese beobachtet, was sinnvoll ist, sagte Cusack, da Pflanzen größere Organismen sind, die länger brauchen, um zu wachsen.
„Mikroben sind kleine Lebewesen und sie neigen dazu, viel schneller auf den Klimawandel und andere Arten von Störungen zu reagieren“, sagte sie.
Mit der fortgesetzten experimentellen Trocknung tendieren auch die anderen Parzellen zu Kohlenstoffverlusten, sagte Cusack – ein Grund mehr, Emissionsprobleme anzugehen und Initiativen zur Kohlenstoffbindung zu verstärken.
„Jeder denkt über Temperaturänderungen nach, aber ich denke, dass Niederschlagsänderungen verwirrender sein können“, sagte Cusack. „Es ist variabler und verändert sich an verschiedenen Orten unterschiedlich. Aber die Austrocknung in den Tropen ist ein echtes Problem für diese Kohlenstoffspeicher.“
Verbesserte Vorhersage
Die Ergebnisse von Cusack und ihrem Team haben zu einer verbesserten Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs im Regenwald beigetragen.
Bodenkohlenstoffmodelle im Ökosystemmaßstab wurden für gemäßigte Wälder entwickelt, weshalb sie gesättigte, unfruchtbare tropische Böden nicht sehr gut simulieren. Die Forscher aktualisierten das Kohlenstoffmodell, mit dem sie arbeiteten, um es besser an ihre Beobachtungen anzupassen.
Die Bodenfruchtbarkeit wird in vielen Ökosystem-Kohlenstoffmodellen nicht vollständig dargestellt, insbesondere für die Nährstoffe, die in tropischen Wäldern am knappsten sind, wie Phosphor. In vielen bestehenden Bodenkohlenstoffmodellen basieren die Vorhersagen des Kohlenstoffverlusts hauptsächlich auf der Bodenfeuchte. Laut Cusack ist die bessere Darstellung von Nährstoffen in ökologischen Modellen ein wichtiger nächster Schritt in dieser Forschung.
Die Autoren der Studie „Soil Respiration Responses to Throughfall Exclusion are Decoupled from Changes in Soil Moisture for Four Tropical Forests, Suggesting Processes for Ecosystem Models“ sind Cusack, Lee H. Dietterich vom CSU Department of Ecosystem Science and Sustainability und Benjamin N. Sulman, mit Oak Ridge National Laboratory. Das Department of Ecosystem Science and Sustainability ist Teil des Warner College of Natural Resources.
Mehr Informationen:
Daniela F. Cusack et al., Reaktionen der Bodenatmung auf Durchfallausschluss sind von Änderungen der Bodenfeuchte für vier Tropenwälder entkoppelt und schlagen Prozesse für Ökosystemmodelle vor, Globale biogeochemische Kreisläufe (2023). DOI: 10.1029/2022GB007473