LUCSES

Fortschreitende Auflassung von Bergwiesen führt zu deren Verbuschung und damit zu funktionellen Änderungen. Diese Veränderungen betreffen die Artzusammensetzung, den Wasserhaushalt, aber auch den Nährstoffhaushalt und damit auch die Leistungen der Bergwiesen für uns Menschen, also die Ökosystemleistungen. Im Rahmen gemeinsamer internationaler Projekte konnten die Projektpartner bereits wichtige Leistungen von Bergwiesen bestimmen und diese auch für die Vergangenheit und für zukünftige Landnutzungsszenarien modellieren. Dabei wurden charakteristische Pflanzenmerkmale (engl. plant traits) wie z.B. Blattfläche, Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt der Blätter) wie auch Bodenmarkmale (engl. soil traits) wie z.B. Gesamtstickstoffgehalt, Gehalt organischer Substanz erfolgreich als Indikatoren für Ökosystemleistungen (z.B. Kohlenstoffspeicherung, Bodenfruchtbarkeit, Bodenstabilität, ) etabliert werden. Im Rahmen des Projektes LUCSES sollen nun die Charakteristiken von Zwergsträuchern in diesen merkmalsbasierten Ansatz eingearbeitet werden. Die Kernhypothese von LUCSES besteht darin, dass die Besiedlung durch Zwergsträucher zu einem Wendepunkt in Bezug auf die Beziehungen zwischen den mit dem Spektrum der Pflanzenökonomie assoziierten Merkmalen und den Prozessen des Stickstoff- und Wasserkreislaufs führt (im Vergleich zu krautigen Graslandökosystemen) und, dass diese Änderung mit charakteristischen Pflanzeneigenschaften in Zusammenhang steht. Erstmals wird auch die Funktion der Mykorrhizierung miteinbezogen die speziell in kalten und nährstoffarmen Gebirgsregionen maßgeblich zur Nährstoffversorgung bzw. auch der Wasserversorgung beiträgt. Im Rahmen von LUCSES werden in 2 Untersuchungsgebieten im Alpenraum (Lautaret, FRA und Stubaital, AUT) eine Vielzahl an Messflächen mit unterschiedlichen Stadien der Verbuschung untersucht. In einem eigenen Versuchsansatz mit Kleinlysimetern werden die Auswirkungen des Klimawandels (speziell der früheren Schneeschmelze und Trockenheit im Sommer) untersucht. Dabei gilt es auch Unterschiede zwischen sommer- und immergrünen Sträuchern festzustellen und Änderungen des Grades und der Art der Mykorrhizierung zu bestimmen. LUCSES liefert dabei einerseits eine noch nie dagewesene Datengrundlage von Pflanzenmerkmalen für Zwergsträucher und andererseits die notwendigen Voraussetzungen für die Berechnung von Ökosystemfunktionen und Ökosystemleistungen von Graslandökosystemen über eine große Bandbreite von Sukzessionsstadien. Die Verknüpfung von Stickstoff- und Wasserhaushalt mit der Qualität und Quantität der Mykorrhizierung führt weiters zu einem besseren funktionellen Verständnis und liefert fundamentales Wissen im Forschungsbereich der alpinen Pflanzenökologie. Ergebnisse von LUCSES werden einerseits wissenschaftlich publiziert, andererseits aber über das Konzept der Ökosystemleistungen an Entscheidungsträger und Praktiker im Rahmen von existierenden Kommunikationsnetzwerken der den Forschungsinstitutionen LECA Grenoble (Laboratoire d`Ecologie Alpine) und UIBK (Universität Innsbruck) weitergegeben.

Kernaussage: Wenn sich Sträucher in Bergwiesen ausbreiten, verändern sich Pflanzengemeinschaften und Böden auf deutliche, messbare und schrittweise Weise. Solche Veränderungen beeinflussen den Kohlenstoff- und Nährstofffluss in diesen Ökosystemen - Erkenntnisse, die wir nun nutzen können, um Ökosystemleistungen in den Alpen besser zu steuern und vorherzusagen. Was wir getan und festgestellt haben: Wir untersuchten eine große Zahl an Graslandparzellen in den französischen und österreichischen Alpen entlang eines kontinuierlichen Gradienten von offenem Grasland bis hin zu strauchdominierter Vegetation. Wir haben Pflanzenmerkmale und Böden gemeinsam gemessen, um zu sehen, wie sich Veränderungen oberirdisch auf das Leben unterirdisch auswirken. Verstrauchung führt zu widerstandsfähigeren, kohlenstoffreicheren und nährstoffärmeren Pflanzengemeinschaften. Im Boden führte dies zu einer Anreicherung an organischer Substanz, einem höheren Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, einem niedrigeren pH-Wert (saurer) und weniger verfügbarem Phosphor. Diese Veränderungen verliefen linear, die Verschiebungen in Pflanzengemeinschaften und Böden vollziehen sich also schrittweise. Ein einziges, leicht zu messendes Pflanzenmerkmal, der Trockenmassegehalt (ein Indikator für die Gewebezähigkeit), reichte aus, um diese Bodenveränderungen zu erklären. Dies bietet einen praktischen Frühwarnindikator für Bewirtschafter. Die Art des Strauchs spielt eine Rolle: In Pflanzengemeinschaften, in denen z.B. der Gemeine Wacholder dominierte, waren die Pflanzenmerkmale und einige Bodenreaktionen (insbesondere der Boden-pH-Wert und der Pflanzenphosphorgehalt) ausgeprägt, was zeigt, dass die Art des Strauchs den Zusammenhang zwischen Pflanzen und Boden beeinflussen kann. Unter der Erde reorganisierten sich auch die Partnerschaften zwischen Wurzeln und Pilzen. Die Wurzeln krautiger Arten wurden zäher und weniger fein, und ihre Zusammenarbeit mit arbuskulären Mykorrhizapilzen (AMF), den winzigen Partnern, die Pflanzen bei der Nährstoffaufnahme helfen, nahm ab. Auf der Ebene der gesamten Pflanzengemeinschaft (d. h. unter Berücksichtigung von krautigen und Straucharten) nahmen die AMF ab, während ericoide Mykorrhizapilze (typische Mykorrhizapartner von Zwergsträuchern) leicht zunahmen, was auf einen teilweisen Austausch der Pilzpartner statt eines vollständigen Ersatzes hindeutet. Warum dies wichtig ist Bergwiesen liefern Futter, sauberes Wasser, fruchtbare Böden und regulieren das Klima. Erwärmung und Landnutzungsänderungen (z. B. Rückgang der Beweidung) führen zur Verstrauchung und diese Ökosystemleistungen werden sich durch die von uns dokumentierte Pflanzen-Boden-Kaskade verändern. Die Kenntnis der Richtung und des Ausmaßes dieser Veränderungen hilft den Betroffenen, sich darauf vorzubereiten. Wir zeigen, dass für Grasland entwickelte, auf Merkmalen basierende Modelle auf verstrauchte Bereiche ausgeweitet werden können und bessere Prognosen der Ökosystemleistungen angesichts des Klimawandels und der Landnutzungsänderung ermöglicht. Praktische Erkenntnisse: Die Überwachung einfacher Pflanzenmerkmale (wie den Trockenmassegehalt) als kosteneffiziente Methode, um Zusammenhänge zwischen Vegetation und Bodenveränderungen während der Verstrauchung zu verfolgen. Durch Verstrauchung ist mit mehr Kohlenstoff, höherem Säuregehalt im Boden, und weniger verfügbarem Phosphor zu rechnen: Diese Erkenntnisse helfen dabei, Weide-, Renaturierungs- oder Düngungsstrategien zu planen. Veränderungen in den unterirdischen Symbiosen (weniger AMF, mehr ericoide Pilze) verändern den Nährstoffzugang der Pflanzen, mit möglichen Folgen für Produktivität und Biodiversität.