Der Klimawandel beeinflusst nicht nur Vorgänge in der Atmosphäre, er verändert auch den Boden unter unseren Füßen. Neue Studien zeigen, dass extreme Wetterereignisse die biochemischen Bodenprozesse messbar verändern. So kann Trockenheit, aber auch extreme Kälte die Bodenatmung und Mineralisierung im Untergrund empfindlich stören.
In zahlreichen Regionen der Erde sind Ökosysteme ausgedehnten Trockenperioden, schweren Regenfällen oder intensiven Frostperioden ausgesetzt. Im Zuge des Klimawandels werden die Intensität und die Häufigkeit solcher extremen Wetterereignisse noch zunehmen. Die Folgen dieser Entwicklungen für Böden und Pflanzen werden zurzeit an der Universität Bayreuth von der DFG- Forschergruppe „Dynamik von Bodenprozessen bei extremen meteorologischen Randbedingungen“ untersucht. Fazit der vier, jetzt in der Zeitschrift „Global Change Ecology“ veröffentlichten Studien ist, dass biogeochemische Bodenprozesse von extremen meteorologischen Ereignissen in einem erheblichen und messbaren Umfang beeinflusst werden können.
Schneemangel verringert Bodenatmung
Ein Beispiel dafür sind die Auswirkungen klimatischer Änderungen auf die Böden von Rotfichtenwäldern. Ein Bayreuther Forscherteam hat auf einer Waldfläche im Fichtelgebirge während der Wintermonate die Schneedecke beseitigt. Die fehlende Isolierung erzeugte an diesen Stellen einen viermonatigen, bis zu 15 Zentimeter tief reichenden Bodenfrost. Im Vergleich mit einer schneebedeckten und daher weitgehend frostfreien Waldfläche verringerte sich dabei die Bodenatmung deutlich. Die von Bodenorganismen und Pflanzenwurzeln verursachte Freisetzung von Kohlendioxid fiel in der Waldfläche, die vom Bodenfrost betroffen war, deutlich geringer aus.
Dieser Effekt setzte sich während einer mehrmonatigen Trockenperiode im darauffolgenden Sommer fort. Denn infolge des Wassermangels konnten sich die Mikroorganismen im Waldboden nur eingeschränkt von der langen Frostperiode erholen, so dass über das ganze Jahr hinweg erheblich weniger Kohlendioxid abgegeben wurde.
Wetter beeinflusst Mineralisierung
Dieses Ergebnis stimmt mit weiteren Forschungsarbeiten gut überein, die die Mineralisierung von Kohlenstoff und Stickstoff in den Böden unterschiedlicher Klimazonen untersuchten. Dabei handelt es sich um Prozesse, die durch Mikroorganismen verursacht werden. Sie zersetzen und verarbeiten organisches Material im Erdboden in der Weise, dass der dabei freiwerdende Stickstoff und Kohlenstoff in anorganischen Substanzen – z.B. Wasser, Kohlendioxid, Salzen oder Spurenelementen – gebunden und in dieser Form in ökosystemare Stoffkreisläufe eingespeist wird.
Entsprechend den jeweiligen klimatischen Verhältnissen unterschieden sich die Stoffumsätze und -flüsse in den Böden von Wäldern, Grasflächen oder landwirtschaftlichen Nutzflächen. Gleichwohl lassen die bisher erzielten Forschungsergebnisse zwei generelle Tendenzen erkennen: Ein starker Anstieg der Trockenheit im Sommer hemmt die Mineralisierung von Kohlenstoff und Stickstoff; eine erhebliche Zunahme der Niederschläge hingegen fördert diese Prozesse und bewirkt, dass mehr Kohlenstoff und Stickstoff aus dem Boden entweicht.
Viele Veränderungen durch Klimawandel – aber nicht nur
Biologische Entwicklungs- und Wachstumsprozesse von Pflanzen können von globalen Klimaänderungen wesentlich beeinflusst werden. Doch es wäre voreilig, Veränderungen dieser pflanzlichen Prozesse in jedem Fall mit einem globalen Klimawandel zu erklären. Darauf macht eine Studie aufmerksam, die in Zusammenarbeit eines Bayreuther Forscherteams mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig entstanden ist. Unterschiedliche Pflanzenarten – insbesondere Honiggras, Besenheide und Hornklee – wurden dabei künstlich erzeugten extremen Wetterereignissen ausgesetzt.
Das überraschende Ergebnis: Punktuelle Ereignisse wie starke Trockenheit und heftige Regenfälle können pflanzliche Entwicklungs- und Wachstumsprozesse in ähnlichem Umfang beeinflussen wie ein volles Jahrzehnt einer allmählichen Klimaerwärmung.
„Wir wissen immer noch viel zu wenig darüber, wie die Pflanzenwelt auf die zunehmende Intensität und Häufigkeit extremer Wetterereignisse reagiert. Die jetzt in Global Change Ecology veröffentlichten Ergebnisse liefern aber einige wertvolle Erkenntnisse insbesondere hinsichtlich der komplexen Bodenprozesse“, erklärt Professor Matzner.
(Universität Bayreuth, 04.05.2009 – NPO)
