Für Feuchtgebietspflanzen macht der Anstieg des Meeresspiegels die Vorteile eines höheren CO2-Gehalts zunichte

Feuchtgebiete auf der ganzen Welt sind durch den Anstieg des Meeresspiegels in Gefahr, zu ertrinken. Doch jahrzehntelang hatten Wissenschaftler die Hoffnung, dass ein anderer Aspekt des Klimawandels – der Anstieg des Kohlendioxids (CO2) – ein zusätzliches Pflanzenwachstum auslösen könnte, so dass die Feuchtgebiete an den Küsten schnell genug wachsen könnten, um den Anstieg des Meeresspiegels zu bremsen. Dieser hilfreiche Nebeneffekt verschwindet nun, wie die Forscher in einer neuen Studie herausgefunden haben, die am 18. Mai veröffentlicht wurde.

“Zu viel Wasser ist ein Stress, ein Umweltstress, für die Reaktion der Pflanzen auf einen hohen CO2-Gehalt”, sagte Chunwu Zhu, Hauptautor des Berichts in Science Advances. Zhu, ein Biologe der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, führte die Studie im Rahmen eines Stipendiums des Smithsonian Environmental Research Center (SERC) durch.

Die Erhaltung von Feuchtgebieten ist sowohl für die Bekämpfung des Klimawandels als auch für die Anpassung an den Klimawandel entscheidend. Feuchtgebiete bieten nicht nur Lebensraum, sondern binden auch enorme Mengen an Kohlenstoff und schützen die Menschen vor einigen der extremen Auswirkungen des Klimawandels, wie etwa Hurrikans und Taifunen.

“Obwohl sie nur einen Bruchteil der Erdoberfläche einnehmen, erbringen sie überdimensionale Ökosystemleistungen, die im Grunde genommen dem Menschen zugute kommen”, so der korrespondierende Autor Pat Megonigal, ein Biogeochemiker bei SERC. “Und wir schätzen sie auch deshalb, weil wir durch den Schutz eines relativ kleinen Teils der Erde große positive Auswirkungen auf die Umwelt haben können.

Der abnehmende Nutzen von Kohlendioxid

Die Studie fand im Global Change Research Wetland des SERC statt, einer Forschungseinrichtung, die Megonigal an der Westküste von Maryland betreibt. Das Feuchtgebiet beherbergt mehrere futuristische Experimente, in denen Wissenschaftler das Klima des Jahres 2100 simulieren. Für diese Studie stützten sich die Forscher auf ein Experiment, das 1987 begann – das derzeit am längsten laufende Feldexperiment der Welt zur Auswirkung von steigendem CO2 auf Pflanzen. In 15 offenen Kammern haben die Wissenschaftler die CO2-Konzentration um weitere 340 Teile pro Million erhöht, was etwa einer Verdoppelung des atmosphärischen CO2-Gehalts von 1987 entspricht. Weitere 15 Kammern dienen als Kontrollkammern, denen kein CO2 zugesetzt wurde. Das Team konzentrierte sich auf die 10 Kammern mit “C3”-Pflanzen – eine Pflanzengruppe, von der bekannt ist, dass sie stark auf hohe CO2-Konzentrationen reagiert und die etwa 85 % der Pflanzenarten auf der Erde umfasst.

Während der ersten zwei Jahrzehnte des Experiments blühte das Pflanzenwachstum in den Kammern mit höherem CO2-Gehalt. Oberirdisch wuchsen die Pflanzen in den Kammern mit hohem CO2-Gehalt im Durchschnitt 25 % mehr als die Pflanzen in den unbehandelten Kammern. Unter der Erde war der Effekt sogar noch stärker: Der hohe CO2-Gehalt löste ein um 35 % stärkeres Wurzelwachstum aus. Das Wurzelwachstum ist besonders wichtig für das Überleben von Feuchtgebieten, da die Wurzeln dazu beitragen, dass Feuchtgebiete Boden aufbauen und die Fundamente auch bei einem weiteren Anstieg des Meeresspiegels weiter nach oben wachsen.

“Obwohl erhöhtes CO2 zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt, verbesserte es in den ersten Jahren des Experiments auch die Fähigkeit des Sumpfes, sich vertikal zu vermehren”, so Don Cahoon, Mitautor und emeritierter Forschungsökologe des U.S. Geological Survey.

Doch nach 2005 nahm der Effekt ab und verschwand schließlich ganz. In den letzten 14 Jahren, in denen die Studie durchgeführt wurde, gab es keinen durchschnittlichen Unterschied im Pflanzenwachstum zwischen den Kammern mit hohem CO2-Gehalt und den normalen Kammern.

“Der CO2-Effekt war immer einer der Silberstreifen am Horizont des Klimawandels”, sagte Koautor Adam Langley, ein Ökologe der Villanova University. “Zumindest werden die Pflanzen mehr wachsen. Aber wir sehen hier, dass das nicht der Fall ist. Der Silberstreif am Horizont hat sich also ein wenig eingetrübt.”

Das Team untersuchte mehrere mögliche Erklärungen für den Rückgang: Niederschlag, Temperatur, Salzgehalt des Wassers während der Wachstumsperiode oder das Vorhandensein kritischer Bodennährstoffe wie Stickstoff. Nur der Anstieg des Meeresspiegels zeigte einen Zusammenhang mit dem Pflanzenwachstum. Sobald der Meeresspiegel im Feuchtgebiet 15 Zentimeter über den Stand von 1987 anstieg, verschwanden die Vorteile des höheren CO2-Gehalts.

“In gewisser Weise ist dies ein Wettlauf”, sagte Lewis Ziska, ein Mitautor und Pflanzenphysiologe an der Mailman School of Public Health der Columbia University. “Ein Wettlauf zwischen dem, was CO2 bewirken kann, und dem, was der Meeresspiegel bewirken kann.”

Flucht vor der Flut

Der Anstieg des Meeresspiegels kann das zusätzliche Wachstum aus einem sehr einfachen Grund stoppen. Wenn das Wasser steigt, werden Feuchtgebiete häufiger überflutet. Pflanzen brauchen sowohl Sauerstoff als auch CO2 – und Pflanzen in Feuchtgebieten haben sich so entwickelt, dass sie den meisten Sauerstoff aus der Luft und nicht aus dem Wasser beziehen.

“Pflanzen sind aerobe, sauerstoffatmende Organismen”, sagte Megonigal. “Und das schließt ihre Wurzeln ein. Sie stehen also grundsätzlich vor dem Problem, dass ihr Wurzelsystem in einer Umgebung liegt, in der es keinen Sauerstoff gibt.

Einige Feuchtgebiete können dem Ertrinken vielleicht noch entgehen. Wenn Feuchtgebiete nicht durch Bodenbildung aufsteigen können, besteht eine weitere Möglichkeit darin, ins Landesinnere zu wandern. Dies kann jedoch nur geschehen, wenn sie genügend Platz haben. Für viele Gemeinden würde die Verlagerung von Feuchtgebieten einen Wandel in der Nutzung und Wertschätzung des Bodens bedeuten.

In der Zwischenzeit müssen die Klimabuchhalter der Erde das Kohlenstoffbudget des Planeten neu überdenken. Jetzt, da die Wissenschaftler wissen, dass zusätzliches CO2 das Wachstum von Feuchtgebieten nicht immer so stark anregt, wie sie dachten, ist es noch ungewisser, wie viel Kohlenstoff Feuchtgebiete in den kommenden Jahrzehnten aufnehmen können.

Datum: Mai 18, 2022
Quelle: Smithsonian


Journal Reference:

  1. Chunwu Zhu, J. Adam Langley, Lewis H. Ziska, Donald R. Cahoon, J. Patrick Megonigal. Accelerated sea-level rise is suppressing CO 2 stimulation of tidal marsh productivity: A 33-year studyScience Advances, 2022; 8 (20) DOI: 10.1126/sciadv.abn0054

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