Innsbruck – Was bedeutet Klimawandel für Wiesen, Weiden und Grünland? Für Südtirol ist das keine abstrakte Frage: Grünland prägt die Landschaft, ist Grundlage der Viehwirtschaft und spielt eine wichtige Rolle im Wasser- und Kohlenstoffhaushalt. Wie empfindlich solche Ökosysteme auf künftige Klimabedingungen reagieren könnten, zeigt nun eine Studie der Universität Innsbruck.
Das Besondere daran: Das Forschungsteam untersuchte nicht nur einen oder zwei Klimafaktoren, sondern gleich drei zentrale Treiber gleichzeitig – erhöhtes CO₂, Erwärmung und Dürre. Solche Drei-Faktoren-Experimente sind weltweit selten, weil sie technisch und methodisch extrem aufwändig sind. Genau darin liegt aber ihre Stärke: Denn in der Realität treten Klimafaktoren nicht isoliert auf. Steigende CO₂-Konzentrationen treiben die Erwärmung an, diese wiederum begünstigt häufigere und intensivere Dürreperioden.
Die Arbeit eines Teams um Maud Tissink und Michael Bahn vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck ist in Science Advances erschienen. In einem mehrjährigen Feldexperiment in einem Grünland untersuchte das Forschungsteam, wie CO₂, Erwärmung und Dürre gemeinsam auf zentrale Funktionen des Ökosystems wirken: auf die Kohlenstoffaufnahme über die Photosynthese, die CO₂-Abgabe durch die Atmung und den Wasserhaushalt.
Eine Zeitmaschine für Grünland
Erstautorin Maud Tissink führte dafür über zwei Jahre Messungen mit speziellen Ökosystemkammern durch, mit denen sich CO₂- und Wasserflüsse unter kontrollierten Bedingungen erfassen lassen. Das Experiment simuliert Bedingungen, wie sie in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten sind – und macht sichtbar, wie Grünland darauf reagiert.
„Solche Drei-Faktoren-Experimente in Ökosystemen sind weltweit eine Seltenheit.“ Michael Bahn
„Solche Drei-Faktoren-Experimente in Ökosystemen sind weltweit eine Seltenheit, weil sie extrem aufwändig sind. Es gibt nur eine Handvoll derartiger Experimente, die mehr als zwei Faktoren systematisch berücksichtigen“, erläutert Michael Bahn, Professor am Institut für Ökologie und Leiter der Forschungsgruppe „Funktionelle Ökologie“.
Synergie statt Addition
Bislang wurde häufig angenommen, dass sich die Effekte einzelner Klimafaktoren weitgehend addieren lassen: Der gemeinsame Effekt von erhöhtem CO₂ und Erwärmung entspräche demnach ungefähr der Summe der Einzeleffekte. Die neue Studie zeigt, dass diese Vereinfachung zu kurz greifen kann.
Treten erhöhtes CO₂ und Erwärmung gemeinsam auf, verstärken sich ihre Effekte gegenseitig. Kommt Dürre hinzu, fallen die Folgen für zentrale Ökosystemfunktionen überproportional stark aus. „Eigentlich war zu erwarten, dass bei erhöhtem CO₂ Pflanzen Wasser sparen, während Erwärmung den Wasserbedarf erhöht, sodass sich die beiden Effekte in Kombination abpuffern. Tatsächlich war aber der Erwärmungseffekt so stark, dass das Wassersparen nicht ausgereicht hat. Die negativen Effekte der Dürre haben sich somit verstärkt“, erklärt Bahn.
„In einem künftigen Klima verringern Wiesen bei Dürre ihre Kohlenstoffaufnahme viermal so stark wie heute.“ Maud Tissink
Besonders deutlich zeigt sich das bei der Kohlenstoffaufnahme. Während Dürre Grünland schon heute spürbar schwächt, ist der Effekt unter den simulierten Zukunftsbedingungen deutlich größer. „In einem künftigen Klima verringern Wiesen bei Dürre ihre Kohlenstoffaufnahme viermal so stark wie heute. Auch die Effizienz, mit der Pflanzen Wasser für die Kohlenstoffaufnahme nutzen, verschlechterte sich deutlich: Pro aufgenommener Menge an Kohlenstoff musste das Ökosystem mehr Wasser abgeben, obwohl es ohnehin schon trockener war“, sagt Maud Tissink.
Was das für Modelle bedeutet
Die Ergebnisse sind auch für Klimamodelle relevant. Modelle, die von weitgehend additiven Effekten ausgehen, könnten die Folgen künftiger Dürren unterschätzen. „Unsere Daten zeigen für mitteleuropäisches Grünland sehr deutlich, dass sich die negativen Effekte einer Dürre in einem künftigen Klima überproportional verstärken können. Damit könnte auch die Fähigkeit dieser Ökosysteme, in einem künftigen Klima zur CO₂-Aufnahme an Land beizutragen, geringer ausfallen als bislang angenommen“, so Bahn.
Zugleich mahnt Bahn zur Vorsicht bei Verallgemeinerungen. Wie weit sich die Ergebnisse auf andere Klimazonen und Ökosystemtypen übertragen lassen, müsse erst durch ähnliche Experimente geklärt werden. Klar ist aber: Wer die Folgen des Klimawandels verstehen will, muss künftig stärker untersuchen, wie mehrere Klimafaktoren zusammenwirken – nicht nur, was jeder einzelne für sich bewirkt.
