Boden unter Stress: Wie Dürre Bodenprozesse im Grasland verändert

Boden unter Stress: Wie Dürre Bodenprozesse im Grasland verändert

Wie gestaltet sich die Zukunft unserer Böden und der Wasserverfügbarkeit unter den Einflüssen der bevorstehenden klimatischen Veränderungen? Eine internationale Studie unter der Leitung der Universität Innsbruck und Beteiligung des Instituts für Bio- und Geowissenschaften - Agrosphäre des Forschungszentrums Jülich zeigt, wie Dürre, Erwärmung und erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre das hydrologische Gleichgewicht im Boden verändern und die Resilienz von Ökosystemen herausfordern. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin Science veröffentlicht.

Graslandschaften bedecken fast 40 Prozent der Erdoberfläche und spielen eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Dennoch ist bislang nur unzureichend verstanden, wie sich Klimaveränderungen auf diese lebenswichtigen Ökosysteme auswirken. In dem seit 2014 laufenden Experiment wurden die in zukünftigen Klimaszenarien erwarteten Veränderungen von drei zentralen Faktoren - Erwärmung, erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen und Dürre - simuliert und ihre längerfristigen Auswirkungen analysiert. Die Auswirkungen wurden sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen untersucht. Mit Regenwasser, das mit stabilen Isotopen, also mit schwereren Atomen, zur Markierung angereichert wurde, konnte das Team nach dem Ende der Dürre die Bewegung und Speicherung von Wasser im Porenraum des Bodens und während der Verdunstung detailliert analysieren. Prof. Dr. Nicolas Brüggemann vom Forschungszentrum Jülich war maßgeblich an der Optimierung der Isotopenmesstechnik beteiligt. Außerdem hat er die Studie mit konzipiert, ausgewertet und an der Veröffentlichung mitgewirkt.

Kurzfristig positive Effekte

Unter erhöhten CO₂-Konzentrationen bleibt der Wurzelraum der Pflanzen feuchter, da die Pflanzen effizienter mit Wasser umgehen. Wärme hingegen führt zu einem generellen Feuchtigkeitsverlust im Boden. Wenn in einem künftigen wärmeren Klima zusätzlich wiederholt Dürre auftritt, kommt es zu starken Veränderungen der Bodeneigenschaften. In diesen Szenarien wird das Wasser im Boden schlechter durchmischt, da es vor allem durch die großen, schnell drainierenden Poren fließt, durch die Wasser schnell abfließen kann, und weniger stark in die kleineren, langsam drainierenden Poren eindringt. Dort haftet auch das ältere Wasser länger. Dies beeinträchtigt die hydrologische Konnektivität des Wassers im Boden, also die Verbindung zwischen den größeren und kleineren Bodenporen, die essenziell für die Wasserverfügbarkeit der Pflanzen ist. Die Forscher:innen betonen, dass diese Einschränkung der Wasserflüsse im Boden weitreichende Konsequenzen für die Funktion und Resilienz von Graslandökosystemen hat. Pflanzen sind gezwungen, sparsamer mit Wasser umzugehen, was ihre Wachstums- und Regenerationsfähigkeit längerfristig einschränken könnte. Gleichzeitig zeigt die Studie aber auch, dass erhöhte CO₂-Werte in der Atmosphäre kurzfristig positive Effekte haben können, etwa eine schnellere Erholung nach Dürrephasen. Diese Effekte werden jedoch durch die negativen Auswirkungen der zunehmenden Erwärmung und Dürre auf die Bodeneigenschaften überlagert.

Wechselwirkungen zwischen Boden und Pflanzen komplexer als gedacht

Die Studie hat gezeigt, dass die Wechselwirkungen zwischen Boden und Pflanzen viel komplexer sein könnten als bisher angenommen. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Fähigkeit von Ökosystemen, Dürreperioden zu überstehen und sich davon zu erholen. Die Ergebnisse der Studie unterstreichen einmal mehr die Notwendigkeit, Strategien zu entwickeln, um die Resilienz von Ökosystemen gegenüber Klimaveränderungen zu stärken und globale Bemühungen im Klimaschutz voranzutreiben.