Stadtbäume und Böden entziehen der Atmosphäre mehr Kohlenstoff als bisher angenommen

Forscher haben herausgefunden, dass Bäume und Böden am äußersten Rand der Wälder eine Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels spielen können – allerdings ist der Nutzen möglicherweise nicht von Dauer.

Sie haben zwar keine Lungen wie wir, aber der Boden und die Bäume atmen die ganze Zeit ein und aus. Bäume nehmen Kohlendioxid (CO2) auf, geben durch die Photosynthese Sauerstoff ab und speichern Kohlenstoff in ihren Stämmen. Und wenn die Blätter auf dem Boden landen, zersetzen Bodenmikroben die Blätter und andere organische Stoffe, wodurch Kohlendioxid freigesetzt wird.

Wälder speichern tatsächlich mehr Kohlendioxid als sie freisetzen, was eine gute Nachricht für uns ist: Etwa 30 Prozent der Kohlenstoffemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden von Wäldern aufgenommen, ein Effekt, der als terrestrische Kohlenstoffsenke bezeichnet wird.

“Das ist CO2, das nicht in die Atmosphäre gelangt”, sagt die Biogeochemikerin und Ökologin Lucy Hutyra von der Boston University. “Wegen der terrestrischen Klimasenke spüren wir nicht die vollen Auswirkungen des Klimawandels. Diese Wälder leisten einen unglaublichen Dienst für unseren Planeten.”

Seit mehr als einem Jahrzehnt untersucht Hutyra, was mit den “Lungen” des Planeten geschieht, wenn große Wälder in kleinere Flächen zerlegt werden, ein Prozess, den Forscher als Waldfragmentierung bezeichnen.

“Wir stellen uns Wälder als große Landschaften vor, aber in Wirklichkeit werden sie durch den Menschen in all diese kleinen Segmente zerhackt”, sagt Hutyra, Professor für Erd- und Umweltwissenschaften am BU College of Arts & Sciences. Die Wälder werden in kleinere Parzellen aufgeteilt, da Teile abgeholzt werden, um Platz für Straßen, Gebäude, Landwirtschaft und Solarparks zu schaffen – eine der größten Ursachen für den Waldverlust in Massachusetts. Durch diese Veränderungen der Wälder entstehen weitere Gebiete, die als Waldränder bezeichnet werden – wörtlich: die Bäume am äußersten Rand eines Waldes.
Lange Zeit ging man davon aus, dass diese Waldränder in ähnlichem Maße Kohlenstoff freisetzen und speichern wie das Innere der Wälder, aber Hutyra und Forscher in ihrem Labor an der BU haben herausgefunden, dass dies nicht stimmt. Die Böden und Bäume an den Rändern gemäßigter Wälder im Nordosten der Vereinigten Staaten verhalten sich anders als diejenigen, die weiter vom Menschen entfernt sind. In zwei kürzlich erschienenen Forschungsberichten stellte Hutyras Team fest, dass Bäume an Waldrändern schneller wachsen als ihre Vettern auf dem Lande tief im Wald und dass der Boden in städtischen Gebieten mehr Kohlendioxid speichern kann als bisher angenommen. Ihre Ergebnisse können die derzeitigen Vorstellungen über den Naturschutz und den Wert der städtischen Wälder als Erholungsgebiete in Frage stellen.

CO2 einatmen
In einer der bisher detailliertesten Untersuchungen von Waldrändern in gemäßigten Breiten untersuchten Hutyra und ihr Forschungsteam, zu dem auch Mitarbeiter des Harvard Forest gehören, die Wachstumsraten von Bäumen an Waldrändern im Vergleich zum Rest des Waldes.

Anhand von Daten aus dem Forest Inventory and Analysis Program des US-Landwirtschaftsministeriums, das die Größe und das Wachstum von Bäumen sowie die Landnutzung im ganzen Land überwacht, untersuchte Hutyras Team mehr als 48 000 Waldparzellen im Nordosten der USA. Sie fanden heraus, dass Bäume an den Rändern fast doppelt so schnell wachsen wie Bäume im Inneren des Waldes, d. h. in einem Abstand von etwa 100 Fuß vom Rand.

Der Doktorand Luca Morreale quantifizierte den prozentualen Anteil der Waldfläche im Umkreis von 100 Fuß um einen Waldrand. Ein Ergebnis: Es gibt weltweit mehr Waldränder in gemäßigten Zonen als in den Tropen, wie die Karte oben zeigt. Frühere Forschungen haben ergeben, dass die Abholzung und Fragmentierung von Wäldern zum Absterben von Tropenbäumen führt, im Gegensatz zu den Waldrändern der gemäßigten Zonen. Mit freundlicher Genehmigung von Morreale, L.L., Thompson, J.R., Tang, X. et al./Nature Communications, 12, 7181 (2021), https://doi.org/10.1038
“Das liegt wahrscheinlich daran, dass die Bäume am Rande des Waldes nicht mit dem Waldinneren konkurrieren, so dass sie mehr Licht bekommen”, sagt Luca Morreale, Doktorand in Hutyras Labor und Hauptautor der in Nature Communications veröffentlichten Arbeit, die die Ergebnisse beschreibt. Und je mehr ein Baum wächst, desto mehr Kohlenstoff nimmt er auf.

Das ist eine gute Nachricht, wenn man bedenkt, dass über 25 Prozent der Landschaft im Nordosten der Vereinigten Staaten von einem Waldrand bedeckt sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass eine stärkere Fragmentierung der Wälder eine Lösung ist, um der Atmosphäre mehr Kohlenstoff zu entziehen. Die Kohlenstoffspeicherung an den Rändern der fragmentierten Gebiete gleicht die negativen Auswirkungen des Waldverlustes nicht annähernd aus, wie z. B. die Freisetzung von lange unterirdisch gespeichertem Kohlenstoff zurück in die Atmosphäre.

Laut Morreale und Hutyra weist ihre Studie stattdessen auf die Notwendigkeit hin, bestehende Waldränder besser zu verstehen und zu erhalten, da diese normalerweise als besser verfügbar angesehen werden. “Wir unterschätzen, wie viel Kohlenstoff von den Waldrändern der gemäßigten Breiten aufgenommen wird”, sagt Hutyra. “Wir müssen uns auch Gedanken darüber machen, wie anfällig sie in Zukunft für den Klimawandel sein könnten”, denn frühere Studien haben gezeigt, dass diese Bäume zwar aufgrund des stärkeren Sonnenlichts schneller wachsen, aber bei wärmeren Temperaturen die Wachstumsraten der Waldrandbäume stark zurückgehen.

CO2 ausatmen
In einer zweiten, damit zusammenhängenden Studie stellte Hutyra zusammen mit der Biologin Pamela Templer von der BU fest, dass die Böden am Waldrand die Auswirkungen der Waldfragmentierung ebenso zu spüren bekommen wie die Bäume.

“Böden enthalten wilde Mengen an Bakterien, Pilzen, Wurzeln und Mikroorganismen, und so wie wir CO2 ausatmen, wenn wir arbeiten und aktiv sind, atmen auch sie CO2 aus”, sagt Sarah Garvey, Doktorandin in Hutyras Labor und Hauptautorin einer in Global Change Biology veröffentlichten Arbeit über Böden am Waldrand. “Bei Böden gibt es mehr, als man auf den ersten Blick sieht”.

Garvey fand nicht nur heraus, dass Böden an Waldrändern mehr Kohlenstoff freisetzen als Böden im Waldinneren, sondern auch, dass sich der Boden in ländlichen und städtischen Wäldern ganz anders verhält.

Sie besuchte eineinhalb Jahre lang alle zwei Wochen acht Feldstandorte in bebauten und unbebauten Gebieten von Massachusetts (wobei sie den Winter ausließ, wenn der Boden mit Eis bedeckt ist), um die Kohlenstoffmengen zu messen, die von den Böden abgegeben werden. Sie und ihr Team machten eine Momentaufnahme der Temperatur und des Feuchtigkeitsgehalts des Bodens am Waldrand und gingen dann etwa 300 Fuß in den Wald hinein, um erneut Messungen vorzunehmen.

Sie stellten fest, dass in ländlichen Gebieten mit weniger Menschen und Gebäuden wärmere Temperaturen am Waldrand dazu führten, dass sich Blätter und organische Stoffe schneller zersetzten und die Bodenmikroorganismen gezwungen waren, härter zu arbeiten und mehr Kohlendioxid freizusetzen als ihre kühleren, schattigeren Artgenossen im Waldinneren. In den städtischen Wäldern jedoch, wo der Boden wesentlich heißer und trockener ist, setzen diese Böden nicht mehr so viel Kohlenstoff frei.

“Es ist so heiß und trocken, dass sich die Mikroben nicht wohl fühlen und ihre Arbeit nicht verrichten”, sagt Hutyra. Die langfristigen Auswirkungen der unglücklichen Böden sind ungewiss, aber die Ergebnisse bedeuten auch, dass städtische Böden, wie die im Franklin Park, dem größten öffentlichen Park in Boston, eine größere Kapazität zur Speicherung von Kohlenstoff haben könnten als bisher angenommen, sagt Garvey. In ihrem nächsten Projekt wird sie die möglichen Mechanismen hinter den unterschiedlichen Raten der Kohlenstofffreisetzung und -speicherung genauer untersuchen.

Mit diesem LI-COR LI-8100A genannten Gerät konnten die Forscher die Bodentemperatur, die Feuchtigkeit und die Kohlenstofffreisetzung an den verschiedenen Standorten in Massachusetts messen. Dieses Gerät ist an einem Waldrand im Arnold Arboretum zu sehen. Foto von Sarah Garvey

Luca Morreale bei der Forschung an einem Waldrand im Arnold Arboretum. Foto: Sarah Garvey
Entscheidend für unsere Zukunft
Obwohl die Entdeckung, dass städtische Bäume und Böden mehr Kohlenstoff speichern, wie eine “doppelt gute Sache” erscheinen mag, sagt Hutyra, ist es unklar, ob diese Steigerung der Kohlenstoffaufnahme anhalten wird, wenn sich der Planet weiter erwärmt.

Der Klimawandel könnte die Kohlenstoffverluste aus dem Boden noch verstärken, und die Bäume am Rande der Wälder in ländlichen oder städtischen Gebieten könnten anfälliger für extreme Hitze und Dürre sein.

“Wälder speichern fast die Hälfte ihres Kohlenstoffs unter der Erde”, sagt Garvey. “Deshalb ist das Verständnis der Beziehungen zwischen dem Boden und der Pflanzenwelt so wichtig, um zu verstehen, wie die Wälder langfristig Kohlenstoff speichern.”

Angesichts der Tatsache, dass Städte und Länder sich verpflichten, mehr Bäume zu pflanzen, um die Auswirkungen des Klimawandels einzudämmen, sind sich die Forscher in Hutyras Labor einig, dass es äußerst wichtig ist, den größeren Kontext der Bäume und Böden zu berücksichtigen und zu wissen, wo neue Bäume gepflanzt werden. Bei der Betrachtung langfristiger Prognosen des Klimawandels sollten auch die großen Mengen an Kohlenstoff berücksichtigt werden, die an Waldrändern gespeichert sind.

“Wir müssen darüber nachdenken, wenn wir entscheiden, welche Gebiete wir erhalten und welche wir entwickeln wollen und wie wir Lösungen für den Klimawandel angehen”, sagt Hutyra. “Ist ein Ort wie der Franklin Park, der von vielen Menschen besucht wird, genauso wertvoll wie ein abgelegener Wald in Maine, den nur drei Menschen besuchen? Darauf gibt es keine einfache Antwort.”

Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation und dem Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten finanziert.

Datum: Februar 16, 2022

Quelle: Boston University