Klimawandel erhöht Grasproduktion – häufigere Frostwechsel verstärken Prozesse im Boden

Die Forscher hatten für ihr Experiment Flächen im Botanischen Garten der Universität Bayreuth mit einer Bodenheizung versehen und so im Winter 2005/2006 für fünf zusätzliche Tauperioden gesorgt. Auf den manipulierte Flächen wuchs später zehn Prozent mehr Biomasse als auf den Kontrollflächen. Die erhöhte Pflanzenproduktivität könne mit verschiedenen Faktoren wie beispielweise einer erhöhten Stickstoffzufuhr im Frühjahr erklärt werden, schreiben die Forscher im Fachblatt New Phytologist.

Böden, bei denen es durch den Wechsel der Jahreszeiten zu Frost- und Tauprozessen kommt, bedecken derzeit über 55 Millionen Quadratkilometer. Das ist mehr als die Hälfte der gesamten Landmasse der Nordhalbkugel. Prognosen wie der IPCC-Report 2007 rechnen damit, dass durch die globale Erwärmung die Bodentemperatur dort in Zukunft häufiger um den Gefrierpunkt schwanken wird. Der Wechsel zwischen Frost- und Tauphasen gilt als einer der Hauptfaktoren für die Freisetzung von Stickstoff im Boden und damit für ein Ansteigen der mikrobiellen Aktivität.

Häufigere Wechsel zwischen Frost- und Tauperioden im Winter können die Biomasseproduktion erhöhen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Universität Bayreuth und des Helmholtz-Zentrums München.

Die Forscher hatten für ihr Experiment Flächen im Botanischen Garten der Universität Bayreuth mit einer Bodenheizung versehen und so im Winter 2005/2006 für fünf zusätzliche Tauperioden gesorgt. Auf den manipulierte Flächen wuchs später zehn Prozent mehr Biomasse als auf den Kontrollflächen. Die erhöhte Pflanzenproduktivität könne mit verschiedenen Faktoren wie beispielweise einer erhöhten Stickstoffzufuhr im Frühjahr erklärt werden, schreiben die Forscher im Fachblatt New Phytologist.

Böden, bei denen es durch den Wechsel der Jahreszeiten zu Frost- und Tauprozessen kommt, bedecken derzeit über 55 Millionen Quadratkilometer. Das ist mehr als die Hälfte der gesamten Landmasse der Nordhalbkugel. Prognosen wie der IPCC-Report 2007 rechnen damit, dass durch die globale Erwärmung die Bodentemperatur dort in Zukunft häufiger um den Gefrierpunkt schwanken wird. Der Wechsel zwischen Frost- und Tauphasen gilt als einer der Hauptfaktoren für die Freisetzung von Stickstoff im Boden und damit für ein Ansteigen der mikrobiellen Aktivität.

Durch die globale Erwärmung und das vermehrte Ausbleiben einer isolierenden Schneedecke werden diese Wechselprozesse zunehmen. Trotzdem gibt es bisher – von einer Studie aus dem Norden Schwedens abgesehen – praktisch keine Untersuchungen, die die Bedeutung dieser Wechselprozesse für Pflanzen untersucht haben. Die Wissenschaftler um Jürgen Kreyling errichteten deshalb am Rande Bayreuths ein Versuchsfeld, um die Auswirkungen von Extremwetterereignissen wie Trockenheit, Starkregen und Frost-Tau-Prozesse zu erforschen. Das Gebiet liegt in der Übergangszone zwischen Ozean- und Kontinentalklima. Die Lufttemperatur liegt hier im Januar durchschnittlich bei -1 Grad Celsius. Je einhundert Pflanzen von weit verbreiteten Gräsern und Kräutern wurden auf dreißig der vier Quadratmeter großen Flächen gepflanzt. Sobald die Bodentemperatur 48 Stunden unter Null Grad fiel wurde der Boden beheizt bis die Temperatur 48 Stunden über Null Grad angestiegen war. Im kalten Winter 2005/06, der zwei Grad unter dem langjährigen Mittel lag, gab es insgesamt 62 Tage mit Bodenfrost. Zu den drei natürlichen Frostwechseln fügten die Forscher fünf künstliche hinzu und verglichen anschließend die unterschiedlichen Flächen. Die Pflanzen wurden im darauf folgenden Sommer zweimal geerntet, getrocknet und anschließend gewogen. Dabei stellte sich heraus, dass die manipulierten Flächen zehn Prozent mehr oberirdische Biomasse produzierten als die Kontrollflächen, auf denen es im vorangegangenen Winter weniger Wechsel zwischen Frost- und Tauperioden gegeben hatte. Dagegen verringerte sich die Wurzelndichte in den obersten fünf Zentimetern.

Publikation: Juergen Kreyling, Carl Beierkuhnlein, Karin Pritsch, Michael Schloter and Anke Jentsch: Recurrent soil freeze–thaw cycles enhance grassland productivity. New Phytologist (2008) 177: 938–945. doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02309.x http://www3.interscience.wiley.com/journal/119394679/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0

Weitere fachliche Informationen: Dr. Jürgen Kreyling Universität Bayreuth/ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Telefon: 0921-552256 http://www.bitoek.uni-bayreuth.de/biogeo/de/mitarbeiter/mit/mitarbeiter_detail.php?id_obj=25760 http://www.ufz.de/index.php?de=5151

und

Prof. Anke Jentsch Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)/ Universität Bayreuth Telefon: 0341-235- 2100, 0921-552290 http://www.ufz.de/index.php?de=1921

oder über

Tilo Arnhold (UFZ-Pressestelle) Telefon: 0341-235-1269 E-mail: presse@ufz.de

Weiterführende Links: Forschungsprojekt EVENT: http://www.old.uni-bayreuth.de/departments/biogeo/de/forschung/klimafolgen/deutsch.htm

Mehr zum Thema Biodiversität finden Sie in einer Spezialausgabe des UFZ-Newsletters zur 9. Vertragsstaatenkonferenz der Konvention zur Biologischen Vielfalt (COP9), die im Mai 2008 in Bonn stattgefunden hat: http://www.ufz.de/index.php?de=16853

Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg 900 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert. Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie, Verkehr und Weltraum. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 25.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,3 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).