Klimaextreme und Kohlenstoffdynamik in Grasland

Gebirgsökosysteme gelten als ökologisch sensibel und sind durch den Klimawandel besonders betroffen. Im Zuge des globalen Wandels kommt es vermehrt zu Klimaextremen, die Ökosystemprozesse stärker und nachhaltiger beeinflussen können als graduelle Änderungen der Temperatur. Das beantragte Projekt soll die Auswirkungen von Sommerdürre und nachfolgenden Niederschlagsereignissen, sowie die Konsequenzen verringerter Schneebedeckung auf die Kohlenstoffdynamik in unterschiedlich bewirtschaftetem Bergrasland untersuchen. Die Fragestellungen beruhen auf den Hypothesen, dass 1) klimatische Extremereignisse die verschiedenen Komponenten des Kohlenstoff (C) - Kreislaufs unterschiedlich beeinflussen, 2) die Reaktion der C-Dynamik auf derartige Extremereignisse durch Bewirtschaftung bzw. Landnutzungsänderungen modifiziert wird, 3) Extremereignisse die Reaktion der ökosystemaren C-Dynamik auf nachfolgende weitere Klimaextreme beeinflussen können, 4) Pflanzen-Boden Interaktionen explizit für das Prozessverständnis der Auswirkungen von Klimaextremen auf die C-Dynamik in Ökosystemen berücksichtigt werden müssen. Auf drei unterschiedlich bewirtschafteten Berg-Grasland-Ökosystemen (Wiese, Weide, Brache) in den österreichischen Zentralalpen soll eine Reihe von teilweise verschränkten Experimenten durchgeführt werden, bei denen Sommerniederschlag, Schneebedeckung und Nährstoffversorgung manipuliert werden. Die C-Dynamik wird durch den Nettoaustausch von CO>sub>2 zwischen Ökosystem und Atmosphäre (NEE), die Bodenatmung und ihren autotrophen und heterotrophen Komponenten, sowie die ober- und unterirdische Produktivität und den Streuabbau erfasst. Darüber hinaus werden Auswirkungen der Klimamanipulationen auf den C- und Nährstoffstatus von Pflanzen und Boden, sowie auf die Zusammensetzung der Vegetation und der mikrobiellen Bodengemeinschaften erfasst. Marker- Experimente mit stabilen C-Isotopen sollen Aufschluss geben über die Verteilung und Nutzung von frischem (im Vergleich zu älterem) C im Pflanzen-Boden-System, und wie diese durch Sommerdürre und nachfolgende Niederschlagsereignissen beeinflusst werden. Damit soll das beantragte Projekt das Verständnis von Mustern und Prozessen des terrestrischen C-Kreislaufs vor dem Hintergrund des globalen Wandels vertiefen.

Klimaszenarien lassen in den kommenden Jahrzehnten eine deutliche Zunahme der Häufigkeit und Intensität von Wetterextremen erwarten. Die Auswirkungen derartiger Extremereignisse auf den Kohlenstoffkreislauf, der das Klimasystem stark beeinflussen kann, sind bislang unzureichend erforscht. Das Projekt Klimaextreme und Kohlenstoffdynamik in Grasland untersuchte Auswirkungen von Sommerdürre und reduzierter Schneebedeckung im Spätwinter auf die Kohlenstoffdynamik von Grasland im Gebirge. Es zeigte, dass extreme Sommerdürre die Kohlenstoffbilanz kurzfristig verändern kann, indem sie die ökosystemare Kohlenstoffaufnahme stärker als deren -freisetzung beeinflusst. Sommerdürre reduzierte den Blattflächenindex und den Transfer von Kohlenstoff von der Photosynthese zu den Wurzeln und Mikroorganismen, und verursachte eine Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und eine Akkumulation von labilem Kohlenstoff in der Rhizosphäre. Wiederbefeuchtung nach Dürre führte zu einem raschen Verlust dieses akkumulierten Kohlenstoffs und einer raschen vorübergehenden Erhöhung der Boden-CO2-Emissionen. Auf einer aufgelassenen Almfläche waren Dürreeffekte aufgrund geringerer Verdunstungsverluste abgeschwächt. Über mehrere Jahre wiederkehrende Dürreereignisse führten zu einer Veränderung der Artenzusammensetzung und von Pflanzenmerkmalen und beeinflussten auch die Bodenstruktur. Sie veränderten die Dürreeffekte auf die ökosystemare Kohlenstoffaufnahme und auf Boden-CO2-Emissionen und deren Reaktion auf Niederschläge nach Dürreereignissen. Stark reduzierte Schneebedeckung im Spätwinter führte zu einer Zunahme von Gefrier-Tau-Zyklen im Boden und verursachte sowohl eine rasche vorübergehende Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und des mikrobiellen Umsatzes von labilem Kohlenstoff, als auch jahreszeitlich verzögerte Reaktionen der Bodenenzymaktivität. Die Projektergebnisse lassen somit darauf schließen, dass extreme Sommerdürre, und in geringerem Ausmaß auch verringerte Schneebedeckung, einen deutlichen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf und die Zusammensetzung und die Funktion von pflanzlichen und mikrobiellen Artengemeinschaften in den untersuchten Graslandsystemen haben. Weiters zeigte sich, dass Bewirtschaftungsmaßnahmen und Landnutzungsänderungen, wie das Auflassen bewirtschafteter Flächen, das Ausmaß von Dürreeffekten auf Ökosystemprozesse beeinflussen können und deshalb bei der Bewertung der Resilienz von Berg-Grasland in Bezug auf Klimaextreme berücksichtigt werden sollten.