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Eingriffe in die Natur wirken länger als gedacht

26.03.2014

Wiederaufgeforstete Wälder unterscheiden sich selbst nach 100 Jahren noch deutlich von historisch alten Waldbeständen

Der menschliche Eingriff in die Natur hat ungeahnt langfristige Konsequenzen, möglicherweise sind sie sogar unumkehrbar. Das zeigt eine neue Studie der Universität Kiel, der Leuphana Universität Lüneburg, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung in Halle sowie der Universität von Minnesota.

Die Wissenschaftler haben in der Lüneburger Heide wiederaufgeforstete Wälder auf ehemaligen Ackerflächen mit historisch alten Waldbeständen verglichen, die seit mehreren hundert Jahren am gleichen Standort existieren.

Sie kamen zu dem Ergebnis, dass sich die Zusammensetzung der Mikroorganismen im Boden zwischen historischen und neueren Standorten erheblich unterscheidet – selbst wenn seit der Aufforstung mehr als 110 Jahre vergangen sind. Das hat auch direkte Auswirkungen auf die Funktion des Ökosystems: Wiederaufgeforstete Bäume wachsen zwar schneller, sind aber empfindlicher gegen Dürreperioden. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Soil Biology & Biochemistry erschienen (DOI: 10.1016/j.soilbio.2013.12.015).

Durch den Ackerbau greift der Mensch in vielfältiger Weise in das Ökosystem ein: Er ersetzt die ursprüngliche Vegetation, verbessert die Nährstoffversorgung durch regelmäßige Düngung, pflügt abgeerntete Pflanzen unter und lockert dabei den Boden auf. Das alles hat gravierende Auswirkungen auf das Leben unter der Ackerkrume: Es siedeln sich Pilze an, die Symbiosen mit den neuen Pflanzen eingehen. Manche Bodenbakterien profitieren von den neuen Umständen und vermehren sich rasant. Andere Arten verschwinden dagegen.

Diese Änderungen haben weit reichende Konsequenzen. „Pilze und Bakterien steuern die wesentlichen Umbauprozesse im Boden“, betont Dr. Andreas Fichtner von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. „Manche fixieren Nährstoffe aus der Luft, beispielsweise Stickstoff. Andere bauen abgestorbene organische Substanzen ab. Sie beeinflussen daher die Nährstoffkreisläufe immens.“

Doch was passiert, wenn man auf dem Acker wieder Bäume pflanzt? Kehrt dann die Mikroorganismen-Zusammensetzung unter der Erde zu ihrem ursprünglichen Zustand zurück? „Bislang ging man davon aus“, sagt Professor Dr. Goddert von Oheimb von der Leuphana Universität Lüneburg. „So schnell sich neue Bakterien und Pilze ausbreiten, so rasch können die ursprünglichen Arten im Prinzip wieder kommen. Nach 20 oder 30 Jahren sollte also alles beim Alten sein – so dachte man zumindest.“

Das scheint aber ein Trugschluss zu sein. Denn zumindest in den Untersuchungsgebieten in der Lüneburger Heide sind die Unterschiede auch gut 110 Jahre nach Wiederaufforstung immer noch gravierend. So enthält der Boden ursprünglicher Eichenwälder im Vergleich zu dem der wiederaufgeforsteten Gebiete deutlich weniger Mikroorganismen: Die Gesamtmasse der isolierten Bakterien und Pilze pro Kubikmeter Erdreich lag bis zu 44 Prozent niedriger. Zudem ist die mikrobielle Abbauaktivität in historischen Eichenbeständen deutlich geringer.

Auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Bodenflora unterscheidet sich je nach vorheriger Nutzung deutlich – vermutlich deshalb, weil die Mikroorganismen stark auf die chemischen Eigenschaften des Bodens reagieren: Der Boden ehemaliger Agrarflächen enthält als Folge der früheren Düngung immer noch zwei- bis dreimal soviel Stickstoff und Phosphor wie die Vergleichsstandorte.

Aufgeforstete Gebiete empfindlicher gegen Dürren

Auf den ersten Blick sind das für die wiederaufgeforsteten Wälder gute Nachrichten: Stickstoff und Phosphor fördern das Pflanzenwachstum, und eine größere Menge und höhere Aktivität der Mikroorganismen im Boden verbessert die Verfügbarkeit dieser wichtigen Nährstoffe für die Pflanzen. Diese Schlussfolgerung bestätigte sich auch, als die Forscher die Jahresringe der Bäume betrachteten. Eichen auf ehemaligen Agrarflächen wiesen im Schnitt signifikant breitere Ringe auf als solche aus ursprünglichen Waldgebieten. Sie waren also schneller gewachsen. Das galt aber nicht immer: Manche Jahresringe waren sehr schmal – augenscheinlich hatten die Bäume in der entsprechenden Zeit kaum zugelegt. Derartig starke Einbrüche gab es in den historisch gewachsenen Eichenwäldern nicht.

„Die Bäume auf Aufforstungsflächen scheinen empfindlicher auf ungünstige Umweltbedingungen zu reagieren“, interpretiert Goddert von Oheimb die Daten. Ein Grund könnte paradoxerweise die günstige Nährstoffversorgung sein, die in guten Zeiten zu dem beobachteten Turbo-Wachstum führt: Je mehr Nährstoffe zur Verfügung stehen, desto mehr Blätter bildet der Baum. Im Idealfall kann er dadurch per Photosynthese mehr energiereiche Stoffe erzeugen und so schneller wachsen. Über die größere Blattfläche gibt er aber auch mehr Wasser an die Umgebung ab. Das kann bei Trockenheit zum Problem werden.

Dazu kommt, dass Eichen auf vormals kultivierten Flächen flacher wurzeln: Da die Äcker regelmäßig gepflügt wurden, waren die Bodenschichten nahe der Oberfläche vergleichsweise locker und zudem besonders nährstoffreich. Für die Bäume war es also von Vorteil, ihre Wurzeln vor allem knapp unter der Oberfläche zu bilden. Dieser Bereich trocknet bei Regenmangel aber auch viel schneller aus als tiefere Schichten. „Noch ist das nur eine These“, gibt Andreas Fichtner zu. „Unsere aktuellen Forschungsarbeiten stützen sie jedoch.“

Keine Rückkehr zu ursprünglichen Zuständen?

Im norddeutschen Tiefland stehen fast zwei Drittel aller Wälder auf ehemaligen Äckern, Wiesen oder Heideflächen. „Jeder Wald hat seine eigene Geschichte“, sagt Fichtner. „Wir untersuchen daher gerade, ob unsere Ergebnisse aus der Lüneburger Heide auch an anderen Standorten gelten.“ Ersten Arbeiten zufolge scheint das tatsächlich der Fall zu sein.

Noch ist zudem völlig unklar, ob die mikrobielle Bodenflora irgendwann in 50 oder 100 Jahren wieder ihren ursprünglichen Zustand erreichen wird. Goddert von Oheimb: „Es ist durchaus denkbar, dass die vom Menschen verursachten Änderungen irreversibel sind.“

Effects of anthropogenic disturbances on soil microbial communities in oak forests persist for more than 100 years; A. Fichtner, G. von Oheimb, W. Härdtle, C. Wilken, J.L.M. Gutknecht; Soil Biology and Biochemistry, Band 70, März 2014, Seiten 79–87; http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.12.015

Kontakt:
Professor Dr. Goddert von Oheimb
Institut für Ökologie, Leuphana Universität Lüneburg
Telefon: 04131/677-2845
E-Mail: vonoheimb@leuphana.de

Dr. Andreas Fichtner
Institut für Natur-und Ressourcenschutz, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Telefon: 0431/880-1198
E-Mail: afichtner@ecology.uni-kiel.de

Henning Zuehlsdorff | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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