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Experiment zeigt: Angepasste Wurzelsysteme ermöglichen Steigerungen des CO₂-angeregten Pflanzenwachstums
Tropische Wälder sind eine der weltweit wichtigsten Kohlenstoffsenken – oft auch "die Lungen unserer Erde" genannt. Ihre Zukunft in einer Welt mit hohem CO₂-Gehalt bleibt jedoch ungewiss. Neue Forschungsergebnisse aus Zental Amazonas unter Beteiligung der Universität Wien, der Technischen Universität München und dem Nationalen Institut für Amazonasforschung in Manaus deuten darauf hin, dass selbst kleine Unterholzbäume vorübergehend der Herausforderung gewachsen sein könnten, mehr CO₂ zu speichern, indem sie ihre Wurzeln anpassen. Ihre langfristige Kapazität zur Kohlenstoffspeicherung könnte aber durch die Nährstoffverfügbarkeit eingeschränkt sein – was die Verwundbarkeit dieser Ökosysteme unter zukünftigen Klimabedingungen unterstreicht. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Der Amazonaswald ist ein zentrales Element im globalen Wasser- und Klimasystem, er speichert und nimmt riesige CO₂-Mengen auf. "Etwa 60 Prozent des Amazonaswaldes wachsen auf alten und stark verwitterten Böden, in denen bereits mineralische Nährstoffe, wie Phosphor, erschöpft sind", sagt Lucia Fuchslueger, Forscherin am CeMESS der Universität Wien und Co-Hauptautorin der neuen Studie. "Niedrige Phosphorwerte könnten es dem Wald erschweren, noch mehr zu wachsen und das zusätzliche CO₂ in der Atmosphäre zu nutzen", fügt sie hinzu. Amazonasbäume haben jedoch hocheffiziente interne Nährstoffzyklen entwickelt. So ziehen sie beispielsweise Nährstoffe aus ihren Blättern ab, bevor sie sie abwerfen. Außerdem liefert der schnelle organische Stoffabbau am Boden zusätzliche Nährstoffe. Es ist aber nicht klar, ob dieses System effizienter werden kann, da es bisher keine experimentellen Belege aus in-situ-Experimenten gibt.
Über die Studie: Zukünftige atmosphärische CO₂-Bedingungen simuliert
Die neue Studie, unter der Co-Leitung von Lucia Fuchslueger (CeMESS, Universität Wien) und Nathielly Martins (Technische Universität München, Deutschland; INPA Manaus, Brasilien), führte zusammen mit einem Team brasilianischer und internationaler Mitarbeiter*innen ein bahnbrechendes Experiment durch. Dabei nutzten die Forscher*innen Open-Top-Chambers, um zukünftige atmosphärische CO₂-Bedingungen direkt im Unterwuchs mitten im Wald zu simulieren. Diese Kammern bestehen aus transparentem Plexiglas, haben einen Durchmesser von 2,5 m und eine Höhe von 3 m und sind oben offen, damit Pflanzen nicht überhitzen und natürlichen Niederschlag erhalten (siehe Bild). "Nach ein bis zwei Jahren erhöhten die Bäume tatsächlich ihre Kohlenstoffaufnahme und das Wachstum, wenn sie höheren CO₂-Werten ausgesetzt waren", sagt Martins. Die Forschenden fanden auch die Mechanismen hinter diesem erhöhten Wachstum: Pflanzen verteilen ihr Wurzelsystem, um mehr Nährstoffe, insbesondere Phosphor, zu gewinnen.
"Die Streuschicht ist eine wichtige Nährstoffressource für Pflanzen in diesen Wäldern", unterstreicht Martins. Die Wurzeln verstärken das Wachstum durch abgefallene Blätter, setzen Enzyme frei, die organische Substanz zersetzen, und erhalten Zugang zu Phosphor, bevor dieser in den Boden gelangt und möglicherweise absorbiert wird. "Diese Strategie verschärft jedoch den Wettbewerb mit Bodenmikroben und kann organische Phosphorreserven erschöpfen", fügt Lucia Fuchslueger hinzu. Im Laufe der Zeit könnten Nährstoffbeschränkungen die Fähigkeit des Waldes einschränken, weiterhin zusätzlichen Kohlenstoff aufzunehmen. Die Ergebnisse zeigen einen entscheidenden Kompromiss: Während tropische Wälder den Klimawandel zunächst in der Lage sind stärker zu puffern, könnte ihre langfristige Kapazität zur Kohlenstoffspeicherung durch die Nährstoffverfügbarkeit eingeschränkt sein – was die Verwundbarkeit dieser Ökosysteme unter zukünftigen Klimabedingungen unterstreicht.
Großprojekt zur Amazonas-Forschung läuft an
Die Studie dient als Pilot für das größer angelegte, mehrjährige AmazonFACE-Projekt, das später in diesem Jahr startet. AmazonFACE zielt darauf ab, die Rolle tropischer Primärwälder, insbesondere des Amazonaswaldes, unter steigenden atmosphärischen CO₂-Konzentrationen zu verstehen. FACE ist eine Abkürzung für Free Air CO₂ Enrichment (Freiland CO₂ Anreicherung).
"FACE-Experimente wurden bereits an vielen Orten durchgeführt, aber keines in einem vielfältigen, tropischen Waldsystem", sagt Fuchslueger. AmazonFACE liegt etwa 80 km nördlich von Manaus inmitten eines typischen Terra Firme-Tieflandwaldes, und wird das erste in diesem großen Maßstab in den Tropen sein. Es wird von einem Team brasilianischer und internationaler Forscher*innen geleitet und vereint als internationale, transdisziplinäre Initiative etwa 130 Wissenschafter*innen, Studierende, Techniker*innen, Verwaltungsangestellte, Journalist*innen und Künstler*innen aus etwa 40 Institutionen.
Zusammenfassung:
• Im Forschungsprojekt AmazonFACE wird die Rolle tropischer Primärwälder, insbesondere des Amazonas-Regenwaldes, bei steigenden CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre untersucht.
• In der aktuellen Studie nutzten die Forscher*innen ein bahnbrechendes Open-Top-Kammer-Experiment, um zukünftige CO₂-Bedingungen in der Atmosphäre direkt im Unterholz des Waldes zu simulieren.
• Das Ergebnis: Tropische Wälder könnten den Klimawandel anfangs stärker abfedern. Ihre langfristige Fähigkeit zur Kohlenstoffspeicherung könnte jedoch durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen eingeschränkt werden.
• Diese Ergebnisse verdeutlichen die Anfälligkeit dieser Ökosysteme unter zukünftigen Klimabedingungen.
Über die Autor*innen:
Lucia Fuchslueger (https://ter.univie.ac.at/fuchslueger) ist Junior Research Group Leader in der Division of Terrestrial Ecosystem Research am Centre for Microbiology and Environmental Systems Science (CeMESS) und koordiniert den Nährstoffforschungsbereich im Amazonas-FACE-Projekt.
Nathielly P. Martins (https://www.lss.ls.tum.de/lsai/team/dr-nathielly-martins/) ist Forschungsassistentin und Postdoktorandin an der ‚Professur für Land-Surface-Atmosphere-Interactions‘ der Technischen Universität München.
Über die Universität Wien:
Die Universität Wien setzt seit über 650 Jahren Maßstäbe in Bildung, Forschung und Innovation. Heute ist sie unter den Top 100 und damit den Top 4 Prozent aller Universitäten weltweit gerankt sowie in aller Welt vernetzt. Mit über 180 Studien und mehr als 10.000 Mitarbeitenden ist sie einer der größten Wissenschaftsstandorte Europas. Hier treffen Menschen aus unterschiedlichsten Disziplinen zusammen, um Spitzenforschung zu betreiben und Lösungen für aktuelle und künftige Herausforderungen zu finden. Ihre Studierenden und Absolvent*innen gehen mit Innovationsgeist und Neugierde komplexe Herausforderungen mit reflektierten und nachhaltigen Lösungen an.
Über CeMESS an der Universität Wien:
Das Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CeMESS) der Universität Wien erforscht die komplexen Verbindungen zwischen Mikroorganismen und der Umwelt und deren Einfluss auf die Gesundheit von Menschen und unserem Planeten. CeMESS vereint vier Research Divisions und spannt dabei den Bogen von Mikrobiologie und Bioinformatik bis zu Ökologie und Umweltgeowissenschaften. Gegründet im Jahr 2019 bringt CeMESS inzwischen über 250 Mitglieder aus mehr als 40 Ländern in Forschung, Lehre und Administration zusammen. Mehr Informationen: https://cemess.univie.ac.at/
Dr. Nathielly Martins
Professur für Land Surface-Atmosphere Interactions
TUM School of Life Sciences
Technische Universität München
85354 Freising, Hans-Carl-v.-Carlowitz Platz 2
T +49-8161-71 4729
nathielly.martins@tum.de
Dr. Lucia Fuchslueger
Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung
Universität Wien
1030 Wien, Djerassiplatz 1
T +43-1-4277-91269
lucia.fuchslueger@univie.ac.at
Amazonian understory forests change phosphorus acquisition strategies under elevated CO₂.
Nathielly Martins, Lucia Fuchslueger, Laynara Lugli, Oscar Valverde-Barrantes, Richard Norby, Iain Hartley, Izabela Aleixo, Fabricio Baccaro, Bárbara Brum, Crisvaldo Cassio Silva, Carine Cola, Raffaello Di Ponzio, Amanda Damasceno, Tomas Domingues, Vanessa Ferrer, Katrin Fleischer, Sabrina Garcia, Alacimar Guedes, Florian Hofhansl, David Lapola, Juliane Menezes, Anna Moraes, Ana Caroline Miron, Leonardo de Oliveira, Cilene Palheta, Iokanam Pereira, Maria Pires, Gyovanni Ribeiro, Jéssica Rosa, Anja Rammig, Flávia Santana, Yago Santos, Lara Silva, Bruno Takeshi, Gabriela Ushida und Carlos Quesada. In Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-026-72098-0
https://www.univie.ac.at/aktuelles/press-room/pressemeldungen/detail/unterwuchsw...
Offene Kammer für das Experiment im zentralen Amazonasgebiet.
Copyright: Dado Galdieri
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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