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Eine neue Studie, die im Fachmagazin PNAS veröffentlicht wurde, untersucht, wie sich die Beziehung zwischen mittlerem Jahresniederschlag und der Biomasse im Grünland durch die Zugabe von einem oder mehreren Nährstoffen verändert. Die Forschenden zeigen, dass Niederschlag und Nährstoffverfügbarkeit die wichtigsten Einflussfaktoren für die Pflanzenbiomasse sind, Auswirkungen der Pflanzenvielfalt auf die Biomasse sind hingegen gering.
Auf der ganzen Welt verändern sich die Niederschlagsregime: Während der mittlere Jahresniederschlag in einigen Regionen zunimmt, wird es in anderen immer trockener. Gleichzeitig erhöht sich in vielen Ökosystemen – gewollt oder ungewollt – der Eintrag von Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor oder Kalium. Dazu tragen Dünger aus der Landwirtschaft bei, aber auch städtische Abwässer, die aus nahegelegenen Wasserläufen in das Ökosystem gelangen. Beide Faktoren – Wasser und Nährstoffe – verändern direkt das Pflanzenwachstum.
Die Untersuchungen der Forschenden bestätigten einen starken Zusammenhang zwischen mittlerem Jahresniederschlag und Pflanzenbiomasse: Im Durchschnitt nahm die Biomasse mit steigendem Jahresniederschlag zu. Doch andere Faktoren spielen ebenfalls eine Rolle – etwa, ob wichtige Nährstoffe vorhanden sind.
Unklar war, wie sich die Beziehung zwischen Pflanzenbiomasse und Jahresniederschlag durch die Zugabe von einem oder mehreren Nährstoffen verändert.
Um diese Frage zu beantworten, führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Messungen der oberirdischen Pflanzenbiomasse sowie der Artenvielfalt auf 71 Grünlandflächen auf sechs Kontinenten durch. Dazu gehörten sowohl natürliche als auch kultivierte Flächen, die sich hinsichtlich Bodenbeschaffenheit, Nährstoffgehalt und Bewirtschaftung unterschieden. Alle untersuchten Flächen sind Teil des “Nutrient Network”, zu dem auch Versuchsflächen im Jena Experiment und in der UFZ-Forschungsstation Bad Lauchstädt gehören. Innerhalb des Netzwerkes, das über 130 Standorte weltweit umfasst, wird ein standardisiertes Verfahren angewendet, so dass die gesammelten Daten vergleichbar sind.
An der globalen Analyse, die vom US-Landwirtschaftsministerium geleitet wurde, waren auch Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sowie der Universität Leipzig beteiligt.
Mehrere Nährstoffe, mehr Biomasse
Um die Auswirkungen von Nährstoffen in Kombination mit dem mittleren Jahresniederschlag zu untersuchen, wurden die Versuchsflächen mit allen möglichen Kombinationen von Stickstoff, Phosphor und Kalium gedüngt. Das Ergebnis: Düngen führte generell zu einem stärkeren Pflanzenwachstum und somit zu einer Zunahme der Biomasse. Je mehr Nährstoffe (vor allem Stickstoff und Phosphor) zugesetzt wurden, desto mehr erhöhte zunehmender Niederschlag das Pflanzenwachstum.
Während dieses Ergebnis wenig überraschend war, förderte die neue Studie auch ein unerwartetes Ergebnis zutage: Faktoren wie die Pflanzenvielfalt hatten innerhalb der Pflanzengemeinschaft wenig Einfluss auf die Beziehung zwischen Jahresniederschlag und Biomasse, außer an Standorten, die mit guter Nährstoffversorgung. Hier zeigte sich ein deutlicherer Zusammenhang zwischen Niederschlag und Biomasse – ein Muster, das in früheren Analysen, die die Biodiversität nicht berücksichtigten, unbemerkt blieb. „Unter Zugabe von Nährstoffen nimmt die Pflanzenvielfalt ab, aber die indirekten Auswirkungen dieser Veränderungen der Biodiversität sind schwächer als die direkten Auswirkungen von Jahresniederschlag und Nährstoffen“, sagt Autor Prof. Stan Harpole, Leiter der Forschungsgruppe Physiologische Diversität am UFZ, bei iDiv und an der MLU. „Auch wenn sich die Auswirkungen auf die Biodiversität nicht so stark auf die Biomasse übertragen, ist es dennoch wichtig, die Pflanzenvielfalt zu berücksichtigen. Denn nur so können wir genau verstehen, wie sich Niederschläge auf die Biomasse in Ökosystemen auswirken, in denen die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor kein limitierender Faktor ist.“
Die Ergebnisse zeigten, dass Faktoren wie Niederschlag und Nährstoffverfügbarkeit sich stärker auf die Biomasse auswirken als die Pflanzenvielfalt, so die Forschenden.
Nährstoffinteraktionen prägen die Beziehung von Jahresniederschlag und Biomasse
Die Ergebnisse der neuen Studie bestätigen die Annahme, dass Ökosysteme häufig gleichzeitig durch mehr als einen Nährstoff limitiert sind. Entsprechend kann das Düngen mit mehreren Nährstoffen die Beziehung zwischen Biomasse und Niederschlägen fördern. Die Wechselwirkungen von Stickstoff und Phosphor sind hierbei besonders wichtig. Um zu verstehen, wie Grünlandökosysteme auf globale Veränderungen bei Niederschlag und Nährstoffanreicherungen reagieren, sollten sowohl die Nährstoffinteraktionen als auch die Veränderungen der Pflanzengemeinschaften berücksichtigt werden. Ein besseres Verständnis darüber, wie sich Nährstoffbeschränkungen auf die Produktion von Biomasse auswirken, kann einen wichtigen Beitrag zu Bewirtschaftungs- und Naturschutzstrategien von Grünlandökosystemen weltweit leisten.
Prof. Dr. Stan Harpole
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
E-Mail: stan.harpole@idiv.de
Philip A. Fay, Laureano A. Gherardi, Laura Yahdjian, Peter B. Adler, Jonathan D. Bakker, Siddharth Bharath, Elizabeth T. Borer, W. Stanley Harpole, Erika Hersch-Green, Travis E. Huxman, Andrew S. MacDougall, Anita C. Risch, Eric W. Seabloom, Sumanta Bagchi, Isabel C. Barrio, Lori Biederman, Yvonne M. Buckley, Miguel N. Bugalho, Maria C. Caldeira, Jane A. Catford, QingQing Chen, Elsa E. Cleland, Scott L. Collins, Pedro Daleo, Christopher R. Dickman, Ian Donohue, Mary E. DuPre, Nico Eisenhauer, Anu Eskelinen, Nicole Hagenah, Yann Hautier, Robert W. Heckman, Ingibjörg S. Jónsdóttir, Johannes M. H. Knops, Ramesh Laungani, Jason P. Martina, Rebecca L. McCulley, John W. Morgan, Harry Olde Venterink, Pablo L. Peri, Sally A. Power, Xavier Raynaud, Zhengwei Ren, Christiane Roscher, Melinda D. Smith, Marie Spohn, Carly J. Stevens, Michelle J. Tedder, Risto Virtanen, Glenda M. Wardle, and George R. Wheeler (2025). Interactions among nutrients govern the global grassland biomass–precipitation relationship. PNAS, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2410748122
Die NutNet-Versuchsflächen im Jena Experiment wurden mit verschiedenen Kombinationen aus Stickstoff, ...
Christiane Roscher
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Die NutNet-Versuchsflächen im Jena Experiment wurden mit verschiedenen Kombinationen aus Stickstoff, ...
Christiane Roscher
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