Umfangreiche Felderfahrungen zeigen, dass Tropenwälder ihre Strategien anpassen, um auch dann zu gedeihen, wenn die Böden nährstoffarm sind

Tropische Wälder speichern ein Drittel des weltweiten Kohlenstoffs in ihrem Holz und ihren Böden. Ihre Zukunft als Kohlenstoffsenke ist jedoch ungewiss. Wissenschaftler fragen sich seit langem, ob nährstoffarme tropische Böden das Gedeihen reifer und sich regenerierender Wälder einschränken würden.

Eine Studie veröffentlicht in Neuer Pflanzenwissenschaftler bietet eine hoffnungsvolle Antwort und legt nahe, dass Wälder über flexible Strategien verfügen, die ihnen helfen, die Herausforderung der Nährstoffknappheit zu meistern.

„Vielleicht müssen wir uns darüber nicht so viele Sorgen machen“, schlussfolgerte die Hauptautorin Sarah Batterman, Regenwaldökologin am Cary Institute of Ecosystem Studies. „Durch diese flexiblen Strategien können Bäume in Zukunft möglicherweise eine Kohlenstoffsenke unterstützen, selbst bei Ernährungseinschränkungen. Unsere Ergebnisse unterstützen das Potenzial der tropischen Wiederaufforstung und der Erhaltung intakter Wälder als langfristige Klimalösung.“

Eine beispiellose Erfahrung

Ein steigender Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre könnte das Wachstum tropischer Wälder fördern, indem er die Photosynthese erleichtert. Wissenschaftler befürchten jedoch, dass der Mangel an bestimmten Nährstoffen, insbesondere Phosphor, das Waldwachstum einschränken und die potenzielle Kohlenstoffsenke verringern könnte. Böden in den Tropen weisen aufgrund der Verwitterung und der zunehmenden Störungsraten sowie des zunehmenden CO-Gehalts im Allgemeinen einen niedrigen Phosphorgehalt auf.₂ Es wird erwartet, dass diese Werte die Bodennährstoffe 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 bestimmter Bäume abgesondert wird, und die andere nutzt Mykorrhiza-Effekte . Pilze. Diese Pilze leben im Boden und können sich mit Bäumen verbinden, um nach Nährstoffen zu suchen und diese in den Boden abzugeben. Beide Strategien führen zu erheblichen Kohlenstoff- und Stickstoffkosten für den Baum.

Die Wissenschaftler unter der Leitung von Michelle Wong, einer ehemaligen Postdoktorandin am Cary Institute und derzeit Assistenzprofessorin an der Yale University, wollten wissen, wie Wälder unterschiedlichen Alters ihre Nährstoffaufnahmestrategien als Reaktion auf Veränderungen des Stickstoff- und Phosphorgehalts im Boden anpassen .

„Obwohl unterirdische Prozesse für das Funktionieren von Ökosystemen sehr wichtig sind, werden sie im Vergleich zu oberirdischen Prozessen nur unzureichend verstanden, da sie schwieriger zu untersuchen sind“, sagte Wong.

Das Feldexperiment fand im tropischen Tieflandregenwald von Panama statt und erstreckte sich über ein großes Gebiet. Die 76 Parzellen, verteilt auf 16 Quadratkilometer bergiges Gelände, umfassten Waldgebiete, die von kürzlich verlassenen Weiden bis hin zu 600 Jahre alten, ausgewachsenen Beständen reichten. Während einige Parzellen belassen wurden, wurden andere mit Stickstoff, Phosphor oder beidem gedüngt.

Im Laufe eines Jahres maß das Team die Phosphatase- und Mykorrhiza-Pilzaktivität in den Parzellen, um die Flexibilität der beiden Strategien zu bestimmen und festzustellen, ob Wälder unterschiedlich in die Strategien investieren, wenn sie altern und sich die Nährstoffbeschränkungen ändern.

Löse ein Klimarätsel

Wälder unterschiedlichen Alters reagierten unterschiedlich auf Nährstoffzugabe, was zeigt, dass „Bäume aktiv auf ihre Nährstoffumgebung reagieren“, sagte Wong.

In jüngeren Wäldern, in denen Stickstoff tendenziell der am stärksten limitierende Nährstoff ist, veränderte die Zugabe von Phosphor die Phosphataseaktivität nicht, wohingegen die Zugabe von Stickstoff dies tat. Mit genügend Stickstoff könnten Bäume dann in Strategien investieren, um mehr Phosphor zu gewinnen.

In älteren Wäldern nahm die Phosphataseaktivität als Reaktion auf die Phosphordüngung zu, was bedeutet, dass die Stickstofflimitierung mit zunehmender Waldreife verschwindet und dann die Phosphorlimitierung einsetzt. Batterman hat diesen Trend der Stickstoffbegrenzung in jungen Wäldern, der mit der Zeit abnimmt, in seiner früheren Arbeit identifiziert.

Phosphatase scheint eine sehr flexible Nährstoffaufnahmestrategie zu sein, die in jeder Waldaltersklasse als Reaktion auf Stickstoff um die Hälfte zunimmt und als Reaktion auf Phosphor um die Hälfte abnimmt. Im Vergleich dazu waren die Reaktionen auf die Besiedelung mit Mykorrhiza weniger konsistent und weniger vorhersehbar.

Obwohl die Ergebnisse ermutigend sind, warnt Batterman: „Wir wissen immer noch nicht, ob die Flexibilität ausreicht, um alle Nährstoffe zu erhalten, die die Wälder in Zukunft benötigen.“ Phosphatase beispielsweise beruht auf dem Abbau einer Form von Phosphor, die in Zukunft möglicherweise seltener wird, sodass ihr Nutzen möglicherweise begrenzt ist. Dennoch „könnte es eine gewisse Pufferkapazität geben, um die Nährstoffeinschränkung zumindest für eine Weile zu mildern“, sagte Batterman.

Wong fügt hinzu, dass die Fähigkeit, Strategien anzupassen, bedeuten könnte, dass Wälder „widerstandsfähiger werden, um sich von Landnutzungsänderungen zu erholen oder die Produktivität in einer zunehmend kohlenstoffreichen Welt aufrechtzuerhalten“.

Informationen zu intelligenteren Wiederaufforstungsbemühungen

Für Waldverwalter und Organisationen, die Wiederaufforstungsbemühungen leiten, bieten die Ergebnisse einige praktische Ratschläge: „Wir müssen bei der Wiederaufforstung die Nährstoffbegrenzung berücksichtigen“, sagte Batterman. „Eine Lösung besteht darin, sicherzustellen, dass wir eine Vielzahl von Bäumen mit unterschiedlichen Phosphorgewinnungsstrategien verwenden. Wir müssen auch sicherstellen, dass wir Bäume verwenden, die für den Phosphorgehalt an jedem Standort geeignet sind.“

Derzeit wird bei den meisten Wiederaufforstungsbemühungen dieses Maß an Sorgfalt nicht umgesetzt. Stattdessen konzentrieren sie sich darauf, Setzlinge schnell in den Boden zu bringen und alle verfügbaren Arten zu nutzen. Dennoch ist Batterman optimistisch, Wälder als natürliche Lösung für den Klimawandel zu nutzen.

„Wir können es sofort umsetzen, es ist kostengünstig und hat viele Zusatznutzen, wie zum Beispiel 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. Punkt, an dem die Wissenschaft den Prozess steuern und sicherstellen kann, dass der Kohlenstoff für lange Zeit vorhanden ist. »