Pufferwirkung der Vegetation sinkt

Schwindender Düngeeffekt: Doch der positive Effekt des Treibhausgases Kohlendioxid auf das Pflanzenwachstum lässt nach – und damit auch die klimatische Pufferwirkung der Vegetation. Seit den 1980er-Jahren hat der Düngeeffekt des CO2 schon um rund 30 Prozent abgenommen, wie eine Studie belegt. Ursache dafür sind Begleitfaktoren wie Wasser- und Nährstoffmangel, die das Pflanzenwachstum limitieren.

Pflanzen spielen eine entscheidende Rolle im Klimasystem unseres Planeten. Denn durch ihre Photosynthese nehmen sie große Mengen an CO2 auf und wirken so den steigenden Treibhausgaswerten und dem dadurch verursachten Klimawandel entgegen. Weil höhere CO2-Konzentrationen in der Luft das Pflanzenwachstum anregen, ist die Erde dadurch sogar messbar grüner geworden.

Wie stabil ist der CO2-Düngeeffekt?

Doch das Ganze hat einen Haken: Dieser Düngeeffekt des CO2 und damit auch die Pufferwirkung der Vegetation sind nicht unbegrenzt steigerbar. Fehlt es den Pflanzen an Wasser oder Nährstoffen, oder wird es ihnen zu heiß, wachsen sie trotz reichlich CO2 nicht besser. Schon jetzt belegen Studien, dass einige Tropenwälder dadurch immer wieder vorübergehend zu CO2-Schleudern statt CO2-Senken werden.

Ob der CO2-Düngeeffekt – als β-Faktor bezeichnet – jedoch auch global an Schwung verliert und wie stark, war bislang unklar. Songhan Wang von der Nanjing Universität in China und sein internationales Team haben deshalb die globalen Trends des Düngeeffekts von 1985 bis 2015 mithilfe mehrerer unabhängiger Satelliten-Datenreihen überprüft. Diese umfassten unter anderem Messungen des Vegetationsindex, der Photosynthese-Intensität und weitere Indikatoren des Pflanzenwachstums.

Rückgang auf einem Großteil des Globus

Das Ergebnis: „Trotz der zunehmenden Kohlenstoffaufnahme der Vegetation liefern wir robuste und konsistente Ergebnisse dafür, dass der positive CO2-Düngeeffekt auf Pflanzenwachstum in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen ist“, sagt Wang. Konkret sank die zusätzliche CO2-Aufnahme der Pflanzen von 21,8 Prozent pro 100 ppm in den 1980er- und 1990er-Jahren auf 12,9 Prozent pro 100 ppm ab 2001. Pro Jahr entspricht dies einer Abnahme des Düngeeffekts um rund 0,9 Prozent pro 100 ppm.

Besonders deutlich ist dieser schwindende Puffereffekt in den kälteren Klimazonen zu beobachten, insgesamt sind aber 86 Prozent der irdischen Landoberfläche betroffen. „Die Gebiete mit sinkendem β-Faktor erstrecken sich über einen Großteil des Globus“, berichten die Forschenden. „Ein Anstieg des CO2-Düngeeffekt wurde dagegen nur in wenigen begrenzten Arealen beobachtet, darunter Teile Südostasiens, Ostaustraliens und Nordamerikas.“ Insgesamt ergab die Studie zudem, dass der CO2-Düngeeffekt deutlicher zurückgeht, als es gängige Klimamodelle bislang vorhersagen.

„Diese abnehmende Pufferwirkung der terrestrischen Kohlenstoffsenken bei steigenden CO2-Werten deutet darauf hin, dass sich diese negative Rückkopplung des Klimasystems abschwächt“, konstatieren Wang und sein Team.

Nährstoffe und Wasser als limitierende Faktoren

Für diesen Effekt haben die Forschenden zwei sich ergänzende Erklärungen: Zum einen belegen Experimente und auch ergänzende Analysen durch Wang und sein Team, dass die Nährstoffkonzentration in der Vegetation vielerorts abnimmt. Die Blätter der Pflanzen enthalten weniger Phosphor und Stickstoff. Im Schnitt sind ihre Werte um 0,55 beziehungsweise 0,24 Prozent pro Jahr gesunken. „Diese Abnahme von Schlüsselnährstoffen kann die Primärproduktion einschränken und damit auch den CO2-Düngeeffekt hemmen“, so die Wissenschaftler.

Zum anderen spielt auch die Wasserversorgung eine Rolle: Wenn die Pflanzen durch das CO2 schneller wachsen, benötigen sie auch mehr Wasser. Fehlt dieses jedoch, schwächt sich auch der CO2-Düngeeffekt entsprechend ab. Tatsächlich ergaben die Satellitendaten, dass gerade die Vegetation trockenerer Regionen sensibler auf die Wasserverfügbarkeit reagiert als es gängige Modelle berücksichtigen.

Konsequenzen für den Klimaschutz

„Pflanzen brauchen ein ausgewogenes Verhältnis von CO2, Wasser und anderen wichtigen Nährstoffen, um zu wachsen“, erklärt Koautor Daniel Goll von der Universität Augsburg. „Wenn die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen nicht parallel zum Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentrationen zunimmt, können Pflanzen die erhöhte Verfügbarkeit dieses Gases nicht nutzen.“

Das aber bedeutet auch: Die globale Vegetation könnte dem Klimawandel künftig weniger effektiv entgegenwirken als bislang erhofft. „Das könnte die globale Erwärmung weiter verstärken und noch stärkere Anstrengungen im Klimaschutz erfordern“, konstatieren Wang und sein Team. (Science, 2020; doi: 10.1126/science.abb7772)

Quelle: Universität Augsburg