Artenvielfalt schützt das Klima

In Ökosystemen mit einer großen pflanzlichen Biodiversität wird mehr Kohlenstoff gespeichert, weil die Bodenmikroben darin aktiver sind

Artenvielfalt in der Flora senkt den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre: Pflanzen entziehen der Luft Kohlendioxid und bauen den Kohlenstoff in Biomasse ein, mit der er in den Boden gelangen und gespeichert werden kann. Eine Langzeitstudie des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena zeigt nun erstmals, wie die biologische Vielfalt der Pflanzen diese Speicherung begünstigt. Demnach erhöht Artenreichtum nicht nur die Bildung pflanzlicher Biomasse, sondern steigert auch die Aktivität und genetische Vielfalt von Bodenmikroorganismen. Diese wandeln den Kohlenstoff aus Pflanzen vermehrt in organische Bodensubstanz um. Kohlenstoff wird so länger im Boden gebunden und nachhaltig der Atmosphäre entzogen, wo er ansonsten als Bestandteil von Treibhausgasen klimaschädlich wirkt.

Artenvielfalt im Vergleich: Im Jena-Experiment, das die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Max-Planck-Institut für Biogeochemie betreiben, untersuchen Wissenschaftler seit dem Jahr 2002 auf zahlreichen Parzellen, wie sich ein unterschiedlich hoher Grad an Biodiversität auf die Funktionen von pflanzlichen Ökosystemen auswirkt. So haben die Forscher herausgefunden, dass artenreiche Ökosysteme mehr Kohlenstoff speichern als solche mit geringerer Artenvielfalt.

Die Vielzahl unterschiedlicher Arten in einem Ökosystem erfreut nicht nur den Naturliebhaber. Sie hält das jeweilige Ökosystem auch stabil und bestimmt dessen Eigenschaften und Funktionen in und mit der Umgebung. So spielen Ökosysteme, in denen Pflanzen dominieren, eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoff-Kreislauf: Durch Photosynthese wandeln Gräser, Bäume und andere Gewächse atmosphärisches Kohlendioxid in pflanzliche Biomasse um. Der Kohlenstoff, den sie auf diese Weise binden, gelangt dann, über Pflanzenreste oder Wurzelausscheidungen, als organische Substanz weiter in den Boden und kann dort gespeichert werden. Dass eine große Pflanzenvielfalt die Speicherung im Boden fördert, belegten exemplarisch bereits frühere Studien; der Mechanismus dahinter war bisher aber unklar.

Warum Ökosysteme mit großem Artenreichtum mehr Kohlenstoff binden als solche mit wenig Spezies, untersuchte ein internationales Forscherteam um Gerd Gleixner und Markus Lange, die beiden am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena forschen, auf den Versuchsflächen des „Jena Experiments“. In diesem Langzeitexperiment, das die Max-Planck-Forscher gemeinsam mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena betreiben, untersuchen Wissenschaftler den Einfluss der Biodiversität unter anderem auf Stoffflüsse in der Natur. Das Forscherteam verglich nun Wiesenflächen unterschiedlicher Artenvielfalt miteinander, die über neun Jahre lang gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt waren. Die Wissenschaftler erkannten, dass artenreiche Wiesen, im Gegensatz zu artenarmen, den Mikroorganismen im Boden mehr Nahrung und Rohstoffe zur Verfügung stellen und gleichzeitig günstigere Umweltbedingungen bieten. „Diese Faktoren führten zu einer höheren genetischen Vielfalt und insbesondere zu einer gesteigerten Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft“ sagt Markus Lange, Erstautor der Studie. 

Eine größere mikrobielle Gemeinschaft bringt mehr Kohlenstoff in den Boden

Der Boden als Kohlenstoffspeicher: Forscher des Jena Experiments ziehen Bhohrkerne aus den Parzellen mit unterschiedlich hoher pflanzlicher Artenvielfalt. Die Analyse der Proben zeigt, dass eine mikrobielle Gemeinschaft mit höherer Biodiversität mehr organisches Material aufbaut, das im Boden bleibt.

Die erhöhte mikrobielle Aktivität führte unerwarteter Weise jedoch nicht zum Verlust Kohlenstoff-haltiger Substanz im Boden, es fand also kein verstärkter Abbau statt. Im Gegenteil, die mikrobielle Gemeinschaft fügte dem Boden mehr Kohlenstoff hinzu, weil sie mehr pflanzliche Biomasse umwandelte. „Der Stoffwechsel der Mikroorganismen scheint bei hoher Biodiversität zugunsten des Stoffaufbaus verschoben zu sein“ interpretiert Lange den Befund. Hinzu kommt, dass dieser mikrobielle Kohlenstoff länger im Boden gespeichert wird, wie sowohl die Altersbestimmung der Kohlenstoffmoleküle im Boden anhand natürlicher Isotope als auch die Modellierung des Kohlenstoffflusses ergaben. Die Studie zeigt damit erstmalig, dass eine hohe Pflanzen-Diversität zu einer längerfristigen Kohlenstoffspeicherung im Boden führt, weil sie eine vielfältigere Zusammensetzung und größere Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft zur Folge hat.

Global betrachtet sind pflanzenreiche Ökosysteme besonders wichtig, um Kohlendioxid aus der Luft zu speichern, welches ansonsten als Treibhausgas die Erderwärmung fördert. Deren Biodiversität wird jedoch durch den Klimawandel und die zunehmende Nutzung der Landflächen stetig verringert, bis hin zum globalen Rückgang und dem Verlust von Arten. „Unsere Erkenntnisse unterstreichen daher einmal mehr die Bedeutung der Biodiversität für wichtige Ökosystemfunktionen wie die Kohlenstoffspeicherung.“ sagt Gerd Gleixner, Leiter der Studie. „Der Erhalt einer hohen biologischen Vielfalt wirkt letztlich der zunehmenden Anreicherung des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre, und somit dem Klimawandel, nachhaltig entgegen.“

EF/MPIBGC

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