idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
Wie gestaltet sich die Zukunft unserer Böden – und damit auch die Wasserverfügbarkeit –unter den Einflüssen der bevorstehenden klimatischen Veränderungen? Eine internationale Studie unter der Leitung von Jesse Radolinski und Michael Bahn vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck zeigt, wie Dürre, Erwärmung und erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre das hydrologische Gleichgewicht im Boden verändern und die Resilienz von Ökosystemen herausfordern. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Science veröffentlicht.
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 (https://www.uibk.ac.at/de/ecology/forschung/functional-ecology/) durchgeführt wurde, liefert nun 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. 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. „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 Forscher:innen 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-Setting
„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.#
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.
Publikation:
Drought in a warmer, CO2-rich climate restricts grassland water use and soil water mixing. Jesse Radolinski, Michael Bahn et al. Science, 16 Jan 2025, Vol 387, Issue 6731, pp. 290-296. DOI: 10.1126/science.ado0734 (https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0734)
Michael Bahn
Institut für Ökologie
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 51360
E-Mail: michael.bahn@uibk.ac.at
www.uibk.ac.at/ecology/functionalecology
Drought in a warmer, CO2-rich climate restricts grassland water use and soil water mixing. Jesse Radolinski, Michael Bahn et al. Science, 16 Jan 2025, Vol 387, Issue 6731, pp. 290-296. DOI: 10.1126/science.ado0734 (https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0734)
Luftaufnahme der ClimGrass-Anlage in der Steiermark, in der ein gemäßigtes Grasland einer individuel ...
Lisa Capponi
Jahrelange Experimente: Auf den Testflächen wurden Experimente unter verschiedenen Bedingungen durch ...
Andreas Schaumberger
Criteria of this press release:
Journalists, all interested persons
Environment / ecology, Oceanology / climate
transregional, national
Research results
German
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
