Graslandschaften bedecken fast 40 Prozent der Erdoberfläche und spielen eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Dennoch ist bislang nur unzureichend verstanden, wie sich Klimaveränderungen und Dürre auf diese lebenswichtigen Ökosysteme auswirken.

Eine internationale Studie unter der Leitung des Instituts für Ökologie der Universität Innsbruck liefert neue Einblicke in die Zukunft von Graslandökosystemen. Die Ergebnisse dieser jahrelangen Untersuchung verdeutlichen, wie sich Dürre, erhöhte Temperaturen und steigende CO₂-Konzentrationen auf die Verfügbarkeit von Bodenwasser und die Pflanzenwassernutzung auswirken.

„Wir haben die in künftigen Klimaszenarien erwarteten Veränderungen von drei zentralen Faktoren simuliert: Erwärmung, erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen und Dürre“, erklärt Michael Bahn: „Dabei haben wir die Effekte sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen untersucht.“ Mit Regenwasser, das mit stabilen Isotopen markiert wurde, konnte das Team nach dem Ende der Dürre die Bewegung und Speicherung von Wasser im Porenraum des Bodens und während der Verdunstung detailliert analysieren.

Genereller Feuchtigkeitsverlust im Boden

Unter erhöhten CO₂-Konzentrationen bleibt der Wurzelraum der Pflanzen feuchter, da die Pflanzen effizienter mit Wasser umgehen. Wärme hingegen führt zu einem generellen Feuchtigkeitsverlust im Boden. Wenn in einem künftigen wärmeren Klima zusätzlich wiederholt Dürre auftritt, kommt es zu starken Veränderungen der Bodeneigenschaften.

„In diesen Szenarien wird das Wasser im Boden schlechter durchmischt, da es vor allem durch die großen, schnell drainierenden Poren fließt und weniger stark in die kleineren, langsam drainierenden Poren eindringt“, so Jesse Radolinski: „Dort haftet auch das ältere Wasser länger.“ Dies beeinträchtige die hydrologische Konnektivität, die essenziell für die Wasserverfügbarkeit der Pflanzen ist.

Das Forschungsteam betont, dass diese Einschränkung der Wasserflüsse im Boden weitreichende Konsequenzen für die Funktion und Resilienz von Graslandökosystemen hat. Pflanzen sind gezwungen, sparsamer mit Wasser umzugehen, was ihre Wachstums- und Regenerationsfähigkeit längerfristig einschränken könnte.

„Unsere Studie zeigt gleichzeitig aber auch, dass erhöhte CO₂-Werte in der Atmosphäre kurzfristig positive Effekte haben können, etwa eine schnellere Erholung nach Dürrephasen“, erklärt Bahn: „Diese Effekte werden jedoch durch die negativen Auswirkungen der zunehmenden Erwärmung und Dürre auf die Bodeneigenschaften überlagert.“

Porensystem des Bodens durch Dürrephasen gestört

„Unser Experiment ist einzigartig, da wir schon seit 2014 die Bedingungen eines künftigen Klimas experimentell simulieren und somit die längerfristigen Effekte analysieren konnten“, hebt Bahn hervor. Die Forscher verwendeten eine einzigartige Versuchsanlage, die sie an der landwirtschaftlichen Forschungsanstalt in Raumberg-Gumpenstein in der Steiermark konzipierten. Sie umfasst 54 Versuchparzellen mit Heizstrahlern und CO₂-Begasungssystemen sowie automatisierten Dächern, die den Regen abschirmen können. Dies ermöglichte es, eine Reihe von realistischen Klimaszenarien nachzustellen und die Interaktionen zwischen Bodenwasser und Pflanzen detailliert zu untersuchen.

Die wesentliche Erkenntnis der Studie ist, dass die hydrologische Konnektivität im Porensystem des Bodens durch wiederkehrende Dürrephasen nachhaltig gestört wird, was sich besonders stark in einem wärmeren Klima bei erhöhtem CO₂ auswirkt. „Früher ging man davon aus, dass das Bodenwasser bei Regen gut durchmischt wird, aber unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Durchmischung nach wiederholter Dürre in einem künftigen Klima stark eingeschränkt wird. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Wassernutzung durch Pflanzen und die Ökosystemdynamik“, erklärt Radolinski.

„Die Studie zeigt, dass die Wechselwirkungen zwischen Boden und Pflanzen viel komplexer sein könnten als bisher angenommen, das hat erhebliche Auswirkungen auf die Fähigkeit von Ökosystemen, Dürreperioden zu überstehen und sich davon zu erholen“, fasst Bahn zusammen. Die Ergebnisse der Studie unterstreiche einmal mehr die Notwendigkeit, Strategien zu entwickeln, um die Resilienz von Ökosystemen gegenüber Klimaveränderungen zu stärken und globale Bemühungen im Klimaschutz voranzutreiben.

Foto: Lisa Capponi