Die wesentliche Erkenntnis der Studie ist, dass die hydrologische Konnektivität im Porensystem des Bodens durch wiederkehrende Dürrephasen nachhaltig gestört wird.
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Graslandschaften bedecken fast 40 Prozent der Erdoberfläche und spielen somit eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Eine neue Studie unter der Leitung von Michael Bahn von der Forschungsgruppe Funktionelle Ökologie der Universität Innsbruck liefert nun neue Einblicke, wie sich Klimaveränderungen auf Graslandökosysteme auswirken.
Klimaszenarien simuliert
Die Ergebnisse der jahrelangen Untersuchung zeigen, wie sich Dürre, erhöhte Temperaturen und steigende CO2-Konzentrationen auf die Verfügbarkeit von Bodenwasser und die Pflanzenwassernutzung auswirken. «Wir haben die in künftigen Klimaszenarien erwarteten Veränderungen von drei zentralen Faktoren simuliert: Erwärmung, erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen und Dürre. Dabei haben wir die Effekte sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen untersucht», erklärt Michael Bahn.
Mit Regenwasser, das mit stabilen Isotopen markiert 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.
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 und weniger stark in die kleineren, langsam drainierenden Poren eindringt. Dort haftet auch das ältere Wasser länger», führt Jesse Radolinski von der Uni Innsbruck aus.
Luftaufnahme der ClimGrass-Anlage in der Steiermark, in der ein gemässigtes Grasland einer individuellen und kombinierten atmosphärischen Erwärmung (+3°C) und CO2-Anreicherung (+ 300 ppm) sowie wiederkehrender Trockenheit ausgesetzt wird.
Lisa Capponi
Dies beeinträchtigt die hydrologische Konnektivität, die essenziell für die Wasserverfügbarkeit der Pflanzen ist. Die Forscheren 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. «Unsere Studie zeigt 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», so Bahn.
Wiederholte Dürre stört Durchmischung
Die wesentliche Erkenntnis der Studie ist, dass die hydrologische Konnektivität im Porensystem des Bodens durch wiederkehrende Dürrephasen nachhaltig gestört wird, was sich besonders stark in einem wärmeren Klima bei erhöhtem CO2 auswirkt. «Früher ging man davon aus, dass das Bodenwasser bei Regen gut durchmischt wird, aber unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Durchmischung nach wiederholter Dürre in einem künftigen Klima stark eingeschränkt wird. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Wassernutzung durch Pflanzen und die Ökosystemdynamik», erklärt Radolinski.
«Die Studie zeigt, 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», fasst Bahn zusammen. Die Ergebnisse der Studie würden einmal mehr zeigen, Strategien zu entwickeln, um die Resilienz von Ökosystemen gegenüber Klimaveränderungen zu stärken und globale Bemühungen im Klimaschutz voranzutreiben, halten die Forscher fest.
-> Die ganze Studie gibt es hier (englisch)
Versuchsanlage
Die Forscher setzten eine einzigartige Versuchsanlage ein, die sie an der landwirtschaftlichen Forschungsanstalt in Raumberg-Gumpenstein in der Steiermark konzipierten. Sie umfasst 54 Versuchparzellen mit Heizstrahlern und CO2-Begasungssystemen sowie automatisierten Dächern, die den Regen abschirmen können. Dies ermöglichte es, eine Reihe von realistischen Klimaszenarien nachzustellen und die Interaktionen zwischen Bodenwasser und Pflanzen detailliert zu untersuchen.
