Kohlendioxid-Aufnahme von Pflanzen einfach errechnen

Wie viel Kohlendioxid Landpflanzen weltweit binden, ist ein entscheidender Faktor für ein besseres Verständnis des Klimawandels. Eine einfache, aber höchst hilfreiche Formel zur Berechnung der pflanzlichen Bruttoprimärproduktivität fand ein Forschungsteam unter Mitwirkung von Georg Wohlfahrt vom Institut für Ökologie. Sie berichten darüber aktuell im Fachmagazin PNAS.
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Bild: Universitäre Mess-Station bei Neustift im Stubaital: Die Daten der dreischnittigen Mähwiese fanden Eingang in eine aktuelle PNAS-Publikation. Foto: Wohlfahrt

Die sogenannte Bruttoprimärproduktivität (BPP) sagt aus, wie viel CO2 die Pflanzendecke aus der Atmosphäre im Rahmen der Photosynthese bindet. Forscherinnen und Forscher fanden nun heraus, dass eine einfache Gleichung genügt, um sie zu beschreiben; BPP lässt sich als Produkt von lediglich drei Faktoren ausdrücken: Die an einem Standort gemessene BPP des produktivsten Tages im Jahr wird multipliziert mit der Länge der Vegetationsperiode und einem lokalen Faktor. Das Ergebnis sagt aus, wie viel Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter im Jahr an einem bestimmten Standort gebunden werden.
Mit Hilfe der Formel konnten die Studienautoren die Variabilität der BPP an 213 Messorten auf der ganzen Welt– von denen sich eine in Österreich befindet – und von Satellitendaten errechnete BPP-Werte aus ganz Nordamerika zu mehr als 90 Prozenten erklären. „Die Idee ist fast so einfach, dass sie nicht funktionieren sollte, aber sie tut es eben sehr gut“, sagte assoz. Prof. Georg Wohlfahrt vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck. Zur Studie steuerten er und seine Forschungsgruppe ihre Expertise sowie die Messdaten einer dreischnittigen Mähwiese bei Neustift im Stubaital bei. Dort werden seit 14 Jahren von Forschern der Universität Innsbruck Daten zur CO2 -Bilanz von Mähwiesen gewonnen.

Lokaler Faktor variiert wenig

Besonders interessant ist, dass der lokale Faktor nicht sehr stark variiert und für die meisten Gebiete weltweit in einem schmalen Bereich um 0,62 liegt. Das hat den Vorteil, dass man ihn aus der Formel errechnen oder aber auch annehmen kann, wenn keine Messungen vorliegen. „Es handelt sich natürlich um eine idealisierte Gleichung“, sagt Wohlfahrt. Abweichungen gibt es bei landwirtschaftlichen Flächen, auf denen im Jahresverlauf sehr unterschiedliche Pflanzen angebaut werden oder in den Tropen, wo die Pflanzen das ganze Jahr über CO2 binden und der Faktor daher in Richtung eins tendiert.
Mit der Formel könne man nicht nur die räumliche Variabilität der BPP erklären, sondern auch ausrechnen, wie die Vegetation nach Klimaextremen und Störungen reagiert, erläutern die Forscher. Sie bleibt also auch bei Extremereignissen gültig und bewährte sich etwa, um die Regeneration nach der Hitze- und Trockenheitswelle in Europa 2003 und nach einem großen Waldbrand in South Dakota (USA) im Jahr 2000 zu beschreiben, berichten sie.
Die globalen Modelle zur BPP würden zwar viel stärker als diese einfache Formel auf den tatsächlichen natürlichen Prozessen aufbauen, aber die unterschiedlichen Vegetationsformen seien oft in nur zehn verschiedene Klassen aufgeteilt, so Georg Wohlfahrt. So werden etwa alle Grasländer und alle landwirtschaftlichen Flächen jeweils in eine einzige Schublade gesteckt. Er sieht den neuen Rechenansatz nicht als Konkurrenz, sondern Ergänzung zu den vorhandenen Modellen.

Klimawandel verstehen

Die BPP weltweit exakt zu bestimmen ist vor allem in Hinblick auf den Klimawandel wichtig, meinen die Forscher. Die Hälfte des durch menschliche Aktivitäten emittierten Treibhausgases CO2 landet in der Atmosphäre und führt zum bekannten Treibhausgaseffekt. Ein Viertel wird von den Ozeanen aufgenommen und ein Viertel von den Landökosystemen. „Ohne diese beiden Senken würde die CO2-Konzentration in der Atmosphäre also doppelt so schnell steigen und der Klimawandel entsprechend schneller vonstatten gehen“, verdeutlicht er die Bedeutung von Landpflanzen. Die Studie solle helfen zu verstehen, von welchen Faktoren die Land-CO2-Senke gesteuert wird und wie sie sich in Zukunft vermutlich verhält.