Klimawandel: Bei Wetterextremen profitiert einheimisches Grünland weniger von steigendem CO2

Der steigende Gehalt von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre ist Ursache des Klimawandels, verstärkt aber auch das Wachstum vieler Pflanzen – so aktuelle Prognosen. Obwohl unsere heimischen Gräser und Kräuter das Treibhausgas für die Photosynthese nutzen, profitieren sie bei extremeren Wetterbedingungen wie Starkregen, Hitze und Trockenheit jedoch wenig bis gar nicht vom erhöhten CO2-Gehalt in der Luft.

Das zeigen Langzeit-Studien Marburger und Gießener Wissenschaftler an der Klimafolgen-Forschungsstation der Justus-Liebig-Universität Gießen. Die Ergebnisse präsentiert der Geograph Wolfgang Obermeier (Philipps-Universität Marburg) auf der FACE2FACE-Tagung, die in diesen Tagen in Gießen stattfindet. Unter dem Motto „FACEing the Future – Food Production and Ecosystems under a changing climate“ treffen sich Klimaforscher, die weltweit CO2-Effekte mit „Free Air Carbon Dioxide Enrichment (FACE)“-Systemen untersuchen.

Im Freiland simulieren FACE-Systeme mit Rohren, Ventilatoren und Schaltsystemen an 365 Tagen im Jahr eine Atmosphäre mit 20 Prozent erhöhter CO2-Konzentration, wie sie für das Jahr 2050 vorhersagt wird. In Gießen reicherten die Forscher seit 1998 Testflächen in artenreichem Grünland mit CO2 an und analysierten nun Biomasse von Gräsern und Kräutern sowie Wetterdaten für eine Laufzeit von insgesamt 16 Jahre. Pflanzen mit einem C3-Stoffwechsel wie die untersuchten Arten machen weltweit einen Großteil der Flora aus.

Bei durchschnittlichen Temperaturen und Niederschlägen steigerte das Treibhausgas das Wachstum der Pflanzen: Rund zwölf Prozent mehr Biomasse produzierten die Pflanzen bei erhöhtem CO2-Gehalt der Luft – verglichen mit den Kontrollflächen bei Umgebungsluft. Dieser CO2-Effekt verschwand jedoch bei starkem Regen und halbiert sich unter trockenen und heißen Bedingungen. Im extrem heißen Sommer in 2003 kam es sogar vor, dass die Pflanzen unter CO2-reicher Atmosphäre weniger Biomasse produzierten als solche unter heutigen Bedingungen. Bisher war man eher von gegenteiligen Effekten ausgegangen.

Die Forscher erklären das Phänomen mit Änderungen im Stoffwechsel der Pflanzen. „Die Pflanze nimmt CO2 für die Photosynthese über kleine Poren auf, die Spaltöffnungen. Dadurch verliert sie jedoch zeitgleich Wasser“, erklärt Pflanzenökologe Christoph Müller von der Justus-Liebig-Universität Gießen. „Bei einem erhöhten CO2-Gehalt der Luft muss die Pflanze ihre Spaltöffnungen weniger weit öffnen und verliert weniger Wasser.

Dieser Vorteil geht bei hoher Wasserverfügbarkeit wie bei starkem Regen verloren.“ Aber auch unter heißen sowie trockenen Bedingungen profitierten die Pflanzen weniger von einem höheren CO2-Gehalt der Luft, wie die Studien zeigten – durch die Wasserknappheit wachsen die Blätter weniger und zudem geraten die Pflanzen schneller in Hitzestress, weil sie die kühlende Transpiration herunterfahren, um Wasser zu sparen.

„Nach aktuellen Vorhersagen treten Wetterextreme zukünftig häufiger auf“, sagt Obermeier. „Unsere Ergebnisse sind daher nicht nur für den Stoffwechsel der einzelnen Pflanze interessant, sondern auch für den globalen Kohlenstoffkreislauf.“ Globale Modelle zu Kohlenstoffkreislauf und Klimawandel rechnen die Leistung der Pflanzen als CO2-Senke fest mit ein. Für Grünland sollte jedoch fein justiert werden, meint Obermeier: „Bei extremen Wetterlagen entnehmen Pflanzen der Luft weniger CO2 als bisher berechnet.“

Somit kann schon in naher Zukunft die CO2-Senkenfunktion von Grünländern drastisch reduziert werden. Dadurch würde künftig mehr CO2 in der Atmosphäre verbleiben und den Klimawandel beschleunigen. Zumindest hinsichtlich der Genauigkeit der Prognosen ist der Forscher jedoch zuversichtlich: „Mit unseren Erkenntnissen können wir die Modelle deutlich verbessern und Klimaveränderungen besser abschätzen.“

Forscher aus Gießen und Marburg sowie von der Hochschule Geisenheim arbeiten im Projekt FACE2FACE gemeinsam daran, die komplexen Auswirkungen des Treibhausgases auf Grünland, Weinbau und Gartenbau besser zu verstehen. Dazu fördert sie das Land Hessen als Schwerpunkt im Rahmen der Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz.

Tagungsbeitrag

Obermeier WA, Lehnert LW, Kammann C, Müller C, Grünhage L, Luterbacher J, Erbs M, Moser G, Seibert R, Yuan N, Bendix J (2016): The CO2 fertilization effect in temperate C3 grasslands is reduced under under more extreme weather conditions. In: Kammann C., Müller C, Breuer L, Andresen LC, Weigel HJ (Hrsg.): FACEing the future – food production and ecosystems under a changing climate, Book of Abstracts zur FACE2FACE Conference, 26.-29 Sep. 2016 in Gießen, S. 57

Kontakt

Wolfgang Obermeier, Dipl.-Geogr., Philipps-Universität Marburg
Geographie – Klimageographie und Umweltmodellierung
Deutschhausstraße 12, 35032 Marburg
Telefon: 06421 28-24204 (während der Tagung: 0641 99-14886, Tagungsbüro)
E-Mail: wolfgang.obermeier@geo.uni-marburg.de

Prof. Dr. Christoph Müller, Institut für Pflanzenökologie
Heinrich-Buff-Ring 26 (IFZ), 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-35300 (während der Tagung: 0641 99-14886, Tagungsbüro)
E-Mail: christoph.mueller@bot2.bio.uni-giessen.de

Die 1607 gegründete Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist eine traditionsreiche Forschungsuniversität, die rund 28.000 Studierende anzieht. Neben einem breiten Lehrangebot – von den klassischen Naturwissenschaften über Rechts- und Wirtschaftswissenschaften, Gesellschafts- und Erziehungswissenschaften bis hin zu Sprach- und Kulturwissen¬schaften – bietet sie ein lebenswissenschaftliches Fächerspektrum, das nicht nur in Hessen einmalig ist: Human- und Veterinärmedizin, Agrar-, Umwelt- und Ernährungswissenschaften sowie Lebensmittelchemie. Unter den großen Persönlichkeiten, die an der JLU geforscht und gelehrt haben, befindet sich eine Reihe von Nobelpreisträgern, unter anderem Wilhelm Conrad Röntgen (Nobelpreis für Physik 1901) und Wangari Maathai (Friedensnobelpreis 2004). Seit 2006 wird die JLU sowohl in der ersten als auch in der zweiten Förderlinie der Exzellenzinitiative gefördert (Excellence Cluster Cardio-Pulmonary System – ECCPS; International Graduate Centre for the Study of Culture – GCSC).

Tagung (Programm, Redner): http://www.face2face-conference.org/
LOEWE-Schwerpunkt FACE2FACE: https://www.uni-giessen.de/forschung/einrichtungen/loewe/face2face