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Bäume nutzen Wasser effizienter

12.05.2015

Der Anstieg des Kohlendioxidgehaltes in der Luft führt dazu, dass Bäume in Europa das ihnen zur Verfügung stehende Wasser immer effizienter nutzen. Im Laufe des zwanzigsten Jahrhunderts ist die sogenannte Wassernutzungseffizienz um rund 20% gestiegen. Das berichtet ein Forscherteam um David Frank von der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Nature Climate Change.

Bäume nehmen über winzige Poren in ihren Blättern, den sogenannten Spaltöffnungen, Kohlendioxid aus der Luft auf und produzieren daraus Kohlenhydrate für ihr Wachstum.


Mikroskopischer Querschnitt durch eine Kiefernnadel. Spaltöffnung an der Aussenseite der Nadel, durch die CO2 aufgenommen und Wasser transpiriert wird.

Foto: Fritz Schweingruber / WSL


Mikroskopischer Querschnitt durch eine Kiefernnadel. An der Aussenseite sind die Spaltöffnungen zu erkennen, durch die CO2 aufgenommen und Wasser transpiriert wird.

Hinweis zum Copyright: Die Eidg. Forschungsanstalt WSL stellt das Bildmaterial zur Bebilderung von Presseartikeln im Zusammenhang mit dieser Medienmitteilung kostenfrei zur Verfügung. Eine Übernahme der Bilder in Bilddatenbanken und ein Verkauf der Bilder durch Dritte sind nicht gestattet.

Foto: Fritz Schweingruber / WSL

Durch dieselben Spaltöffnungen entweicht aber auch Wasserdampf – über 100 Kilogramm Wasser pro produziertes Kilogramm Kohlenhydrate. Steigt der Kohlendioxidgehalt in der Luft, können die Spaltöffnungen so reguliert werden, dass noch genügend Kohlenstoff aufgenommen wird, aber weniger Wasser verloren geht. Die sogenannte Wassernutzungseffizienz der Bäume steigt.

Ein internationales Forscherteam hat nun genauer untersucht, wie sich der erhöhte Kohlendioxidgehalt in der Luft und die Klimaveränderung auf Wälder verschiedener Klimazonen Europas und ihre Wassernutzungseffizienz auswirken. Dazu kombinierten sie Messungen von Kohlenstoffisotopen in Jahrringen von Bäumen mit Computermodellen, welche die globale Vegetationsentwicklung simulieren können, sogenannte dynamische globale Vegetationsmodelle (DGVM’s).

Jahrringe von Bäumen von Marokko bis Norwegen untersucht

„Jahrringe von Bäumen bieten eine grossartige Möglichkeit, die Reaktion von Ökosystemen auf den Klimawandel über lange Zeiträume hinweg zu analysieren“, sagt der Erstautor der Studie, David Frank, Dendroklimatologe an der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL in Birmensdorf und Mitarbeiter am Oeschger Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern. Die Forschenden nutzten Jahrringdaten von 23 Waldstandorten zwischen Marokko und Norwegen und ermittelten aus den Daten die Wassernutzungseffizienz.

Bisherige Studien weisen darauf hin, dass Pflanzen ihre Spaltöffnungen so regulieren, dass sie gleichzeitig die Aufnahme von Kohlenstoff maximieren und den Verlust von Wasser minimieren. Diese Prozesse führen unter anderem dazu, dass das leichte Kohlenstoffisotop 12C im Verhältnis zum schweren Isotop 13C vermehrt in die Biomasse eingebaut wird.

„Wenn wir in den Jahrringen das Verhältnis von schweren zu leichten Kohlenstoff-Isotopen messen, können wir die Wassernutzungseffizienz und die sie steuernden Umwelteinflüsse in die Vergangenheit zurück verfolgen“, sagt Kerstin Treydte, Expertin für Jahrring-Isotope an der WSL und Mitautorin der Studie. So fanden die Forschenden heraus, dass im Lauf des 20. Jahrhunderts bei Laubbäumen die Kohlenstoffaufnahme bei gleichbleibendem Wasserverbrauch um 14%, bei Nadelbäumen um 22% gestiegen ist.

Verdunstung steigt trotz erhöhter Wassernutzungseffizienz

Mit den gewonnenen Daten hat das Forscherteam zudem Modellsimulationen durchgeführt. Sie zeigen, dass der Wasserverbrauch der Wälder in Europa trotz der erhöhten Wassernutzungseffizienz nicht gesunken ist. Im Gegenteil: Aufgrund längerer Wachstumsperioden, grösserer Kronenflächen, und höherer Temperaturen nahm die Verdunstung im Lauf des zwanzigsten Jahrhunderts sogar zu.

Es ist daher sehr unwahrscheinlich, dass die Anpassung der Bäume an die erhöhte Kohlendioxidkonzentration in der Luft die Menge des Wasserdampfes in der Atmosphäre – ein wichtiges Treibhausgas – vermindern wird. Ebenso wird wohl der Wassergehalt im Boden oder auch die Wassermenge in Flüssen nicht massgeblich beeinflusst werden.

Die Erkenntnisse dieser Studie liefern wichtige Informationen, um die Simulation des Kohlenstoff- und des Wasserkreislaufes in globalen Klimamodellen zu verbessern. „Wir konnten die aus den Jahrringen gewonnenen Daten mit mehreren Vegetationsmodellen vergleichen und waren über die gute Übereinstimmung erfreut. Diese Art von Test hilft uns, die Modelle weiterzuentwickeln. In diesem Fall zeigt es uns aber auch, dass wir den Modellvorhersagen für die Wassernutzungseffizienz vertrauen können“, sagt Chris Huntingford, Klimamodellierer am Zentrum für Ökologie und Hydrologie in Grossbritannien.

„Unsere Ergebnisse illustrieren, wie wichtig es ist, so kleinskalige Prozesse wie die Reaktionen der Spaltöffnungen auch auf einer grösseren Ebene, also auf der von Bäumen und Wäldern zu betrachten. Dies gelingt durch die Kombination von Messdaten und Modellsimulationen“, sagt Ben Poulter, Vegetationsmodellierer an der Montana State University, USA. „Tiefe Einblicke in die komplexen Kreisläufe der Erde sind zudem nur möglich, wenn grosse interdisziplinäre Forschungsteams zusammenarbeiten Vorgehendweisen gewählt werden, die Messdaten und Modellergebnisse miteinander verknüpfen.“

Weitere Informationen:

http://www.wsl.ch/medien/news/wassereffizienz_2015/index_DE

Reinhard Lässig | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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