Globaler Wandel in tropischen Wäldern

Große Anstrengungen werden unternommen, um den Effekt von steigender CO 2 Konzentration, Klimaänderungen und Stickstoffimmission auf Pflanzen und Ökosysteme zu verstehen. Der bisherige Effekt auf tropische und andere Wälder ist oft unklar, aber wichtig um vergangene Veränderungen zu verstehen und zukünftige vorhersagen zu können. Zurzeit, aber sicher nicht unbegrenzt, scheinen tropische Wälder wichtige C-Senken zu sein. Experimentelle Studien anderer Wälder zeigen, dass ein CO 2 -Düngungseffekt vor allem dann zu erwarten ist, wenn Temperatur, Wasser und Nährstoffe wenig limitierend sind. Da eine CO 2 -Begasung ganzer tropischer Wälder bisher nicht möglich war, werden Langzeitstudien auf großen Flächen, die ursprünglich Dynamik, Wachstum und Funktion dieser Wälder untersuchen sollten, auch dazu herangezogen, langfristige Veränderung im Zusammenhang mit globalem Wandel zu analysieren. Diese Studien deuten auf zunehmendes Wachstum, Umsatzraten und veränderte Artenzusammensetzung, werden aber kontroversiell diskutiert. Ein Problem ist, dass die Messungen nicht weit zurück reichen und die anfängliche Standortwahl oder Störungen verzerrte Daten verursacht haben können. Außerdem kann der potentielle Effekt verschiedener Faktoren nicht mit Zensus-Daten allein analysiert werden. In temperaten Zonen werden die jährlichen Wachstumsringe von Bäumen seit langem erfolgreich verwendet, um die Reaktion der Bäume auf kurz- und langfristige Umweltveränderungen zu untersuchen. Diese wurden bislang kaum für tropische Bäume herangezogen, obwohl einige von ihnen durchaus regelmäßige Jahrringe produzieren, die sich für eine Untersuchung von CO 2 - und anderen Effekten der letzten 1-2 Jahrhunderte anbieten. Da eine experimentelle Manipulation ganzer Tropenwälder mit CO 2 derzeit kaum realisierbar ist, bleiben für viele Fragen zum Effekt eines globalen Wandels auf diese Wälder die Methoden der Dendrochronologie die beste oder die einzige Option. Die Hauptfragen dieses Projektes sind ob das Wachstum von Bäumen in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen hat, und welche Faktoren dafür verantwortlich sind. Es sollen Bohrkerne auf fünf großen Langzeitflächen in Panama, Indien, Thailand und Australien, die einen Gradienten in Saisonalität und Menge des Niederschlages repräsentieren, gezogen werden. Von diesen Standorte steht eine optimale Datengrundlage zur Selektion der Bäume und zur Interpretation der Daten zur Verfügung, und Ring bildende Arten sind nachgewiesen. Bäume verschiedenen Alters werden gewählt, um den Effekt des Alters von langfristigen Umweltveränderungen unterscheiden zu können. An den Bohrkernen werden Zuwachs (Wachstum), Holzdichte (kann vom CO 2 beeinflusst sein und ist zur Bestimmung des Biomasszuwachses wichtig), d13C (als Maß für Wassernutzungseffizienz und internem CO 2 -Gehalt), d18O und d2 H (Klimasignale) in Zellulose sowie d15N und N- Gehalt (Indikator für N Limitierung oder erhöhtem N-Eintrag) im Holz gemessen. Neben den langfristigen Trends zeigen jährliche Schwankungen auch den Effekt von Klima auf das Wachstum verschiedene Arten, und der Vergleich von vielen Bäumen eines Standortes zeigt die langfristige Dynamik tropischer Wälder. Das Projekt ist daher ein wichtiger Beitrag, den Effekt bisheriger Veränderungen auf tropische Wälder zu verstehen und damit Prognosen zu zukünftiger Veränderungen einschließlich dem potentiellen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf zu ermöglichen.

Neben Motorsägen, Klimawandel und steigender CO2 Konzentration setzt den tropischen Wäldern auch noch zunehmender Stickstoffeintrag zu. Tropische Wälder beherbergen die höchste Biodiversität und die höchste Biomasse von allen terrestrischen Ökosystemen und spielen eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und der Regulation des Klimas. Während die Rodung dieser Wälder weiter voranschreitet, zeigten sich in den letzten Jahren auch Veränderungen im Wachstum, der Kohlenstoffbilanz und der Artenzusammensetzung auch in scheinbar unberührten Primärwäldern. Ob diese Änderungen durch den Menschen verursacht wurden und welche Faktoren (Klimawandel, CO2, Stickstoffeintrag, Jagd, ...) dafür verantwortlich sind, wird unter Wissenschaftlern kontrovers diskutiert. Laufende Veränderungen zu verstehen ist aber nötig, um die zukünftige Entwicklung tropischer Wälder abschätzen zu können. Jahrringe von Bäumen temperater Zonen werden schon lange als wichtiges Umweltarchiv verwendet. Auch einigen tropischen Bäumen bilden Jahrringe, und obwohl diese oft schwierig zu erkennen sind, war es Ziel des Projektes über Jahrringanalyse den Effekt von sich ändernden Umweltfaktoren in den letzten Jahrzehnten zu dokumentieren. Da Kohlendioxid (CO2) Grundbaustein für das Pflanzenwachstum ist, könnten mehr CO2 zu stärkerem Wachstum führen, und CO2 wird auch für den in vielen Wäldern beobachteten Trend verantwortlich gemacht. Die Analyse von Bäumen aus Thailand hat aber gezeigt, dass der CO2-Anstieg zwar zu einer verbesserten Wassernutzung der Bäume führt (die Wassernutzungseffizienz ist die Biomasse, die pro Liter Wasser produziert wird und spiegelt sich in den Kohlenstoffisotopen im Holz wider), das Wachstum aber in den letzten Jahrzehnten abgenommen hat. Eine Kombination von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen zeigt, dass die Bäume auf die höhere CO2 Konzentration eher mit einer Reduktion des Wasserverbrauches als mit einer gesteigerten Photosynthese reagieren, wobei das geringere Wachstum der letzten Jahre durch Klimaänderungen und dadurch erhöhten Trockenstress der Bäume zustande gekommen sein dürfte. Messungen von Stickstoff (N) von Holz und Blättern aus drei verschiedenen tropischen Wälder ergab allgemein eine Zunahme des schwereren Isotops und eine Zunahme der N-Konzentration in Blättern. Damit wurde zum ersten Mal der Effekt des N-Eintrages, der v.a. aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Landwirtschaft stammt, auf tropische Wälder dokumentiert. Die N-Isotope zeigen, dass der N-Kreislauf, der normalerweise in einem Ökosystem relativ geschlossen ist, heute offener ist als früher mit höheren Einträgen und Verlusten, wobei eine wesentlicher N-Austrag in Form von Lachgas erfolgt, einem starken Treibhausgas. Der höhere N-Gehalt in Blättern kann die Photosynthese antreiben und könnte damit mit für das in vielen tropischen Wäldern beobachtete höhere Wachstum verantwortlich sein, ein wichtiges Ergebnis, das in "Science" publiziert werden konnte.