Dramatische Veränderung
Forscher sehen Gras beim Wachsen zu, finden Schlimmes
Der Klimawandel verändert das Wetter und damit auch unsere Böden. Die Auswirkungen auf Grasland wurden nun in Österreich untersucht.
Der Klimawandel hat auch gravierende Auswirkungen auf den Boden unter unser aller Füßen. Graslandschaften bedecken fast 40 Prozent der Erdoberfläche und spielen eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf. Dennoch ist bislang nur unzureichend verstanden, wie sich Klimaveränderungen auf diese lebenswichtigen Ökosysteme auswirken.
Eine neue Studie, die im Rahmen eines internationalen, von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geförderten Projekts unter der Leitung von Michael Bahn von der Forschungsgruppe Funktionelle Ökologie der Universität Innsbruck durchgeführt wurde, liefert nun neue Einblicke in die Zukunft von Graslandökosystemen.
Die Ergebnisse dieser jahrelangen Untersuchung wurden am 16. Jänner 2025 im Fachmagazin "Science" veröffentlicht. Sie verdeutlichen, wie sich Dürre, erhöhte Temperaturen und steigende CO2-Konzentrationen auf die Verfügbarkeit von Bodenwasser und die Pflanzenwassernutzung auswirken.
Markiertes Regenwasser
"Wir haben die in künftigen Klimaszenarien erwarteten Veränderungen von drei zentralen Faktoren simuliert: Erwärmung, erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen und Dürre. Dabei haben wir die Effekte sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen untersucht", erklärt Michael Bahn.
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.
Kurzfristig positive Effekte
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, schreiben die Forscher.
"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. Dort haftet auch das ältere Wasser länger", führt Jesse Radolinski aus. Dies beeinträchtigt die hydrologische Konnektivität, die essenziell für die Wasserverfügbarkeit der Pflanzen ist.
Die Wissenschafter betonen, 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. Diese Effekte werden jedoch durch die negativen Auswirkungen der zunehmenden Erwärmung und Dürre auf die Bodeneigenschaften überlagert", so Bahn.
Einzigartiges Experiment
"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. Das zeigt sich auch an der einzigartigen Versuchsanlage, die an der landwirtschaftlichen Forschungsanstalt in Raumberg-Gumpenstein in der Steiermark konzipiert wurden.
Sie umfasst 54 Versuchsparzellen 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.
Wiederholte Dürre stört Durchmischung
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. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Fähigkeit von Ökosystemen, Dürreperioden zu überstehen und sich davon zu erholen", fasst Bahn zusammen.
Die Ergebnisse der Studie unterstreichen einmal mehr die Notwendigkeit, Strategien zu entwickeln, um die Resilienz von Ökosystemen gegenüber Klimaveränderungen zu stärken und globale Bemühungen im Klimaschutz voranzutreiben.
Auf den Punkt gebracht
- Der Klimawandel hat gravierende Auswirkungen auf Graslandökosysteme, wie eine neue Studie der Universität Innsbruck zeigt.
- Die Untersuchung verdeutlicht, dass erhöhte CO₂-Konzentrationen kurzfristig positive Effekte auf die Pflanzenwassernutzung haben können, diese jedoch durch die negativen Auswirkungen von Erwärmung und wiederholter Dürre überlagert werden, was langfristig die Resilienz und Funktion der Ökosysteme beeinträchtigt.
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