Ländliche Ökosysteme sind hochkomplex. Um zu verstehen, wie sie auf Störungen reagieren, brauchen wir Schlüsselindikatoren für ihre Funktionsweise. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie hat jetzt drei ermittelt.
Die Natur auf der Landoberfläche erfüllt eine Vielzahl von Funktionen und Ökosystemdienstleistungen. Sie sind für die Gesellschaft von großer Bedeutung, denn eine intakte Umwelt sichert durch die Erzeugung von Biomasse auch unsere Ernährung ab. Sie ermöglicht die Wasserrückhaltung und reguliert das Klima.
Primärproduktivität, Wassernutzung und Kohlenstoffnutzung
Veränderungen von Klima und Umwelt, auch menschliche Einflüsse, gefährden jedoch fortlaufend die Bereitstellung dieser Dienste. Um zu verstehen, wie terrestrische Ökosysteme auf Störungen reagieren, muss man zunächst herausfinden, welche Funktionen für eine gute Darstellung des Allgemeinzustands und der Entwicklung der Umwelt am wichtigsten sind. Leicht ist das nicht, denn Ökosysteme sind hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Reaktionen auf Umweltveränderungen hochkomplex.
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Mirco Migliavacca vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie hat deshalb jetzt drei Schlüsselindikatoren ermittelt, die die Funktionsweise terrestrischer Ökosysteme beschreiben. Dazu gehören die Fähigkeit, die Primärproduktivität zu maximieren, die Effizienz der Wassernutzung und der Wirkungsgrad der Kohlenstoffnutzung. Das Team ist sich sicher, dass das Monitoring dieser drei Kennzeichen es ermöglicht einzuschätzen, wie anpassungsfähig ein Ökosystem gegenüber Klima- und Umweltveränderungen ist und wie es sich unter bestimmten Bedingungen weiterentwickeln kann.
Die Forschenden verwendeten Umweltdaten aus globalen Netzwerken von Messstationen, kombinierten sie mit Satellitenbeobachtungen und mathematischen Modellen und setzten statistische und kausale Untersuchungsmethoden ein. Für Mirco Migliavacca ist das Ergebnis verblüffend einfach: „Wir konnten drei entscheidende Indikatoren ermitteln, die es erlauben, das Verhalten von Ökosystemen zu erfassen.“
Für Betrachtung der Wirkung des Klimawandels von Bedeutung
So verstehen die Forschenden unter der maximalen Primärproduktivität die Kapazität des jeweiligen Ökosystems, Kohlendioxid mittels Photosynthese aufzunehmen. Der Indikator für die Wassernutzung sei eine Kombination von Messgrößen, die auf dem Verhältnis der Kohlenstoffaufnahme und dem von den Pflanzen umgewandeltem Wasser basieren. Der dritte Indikator spiegele die Nutzung des Kohlenstoffs wider, also den veratmeten Kohlenstoff gegenüber dem aufgenommenen Kohlenstoff.
Die Ergebnisse motivierten das Team, darüber nachzudenken, wie komplexe Umweltsysteme letztlich von einer kleinen Anzahl wichtiger Faktoren bestimmt werden, so wie dies beispielsweise für die Blattphotosynthese anhand einer Handvoll von Blatteigenschaften festgestellt wurde. „Allein mit diesen drei Hauptkriterien können wir rund 72 Prozent der Variabilität in den Ökosystemfunktionen erklären“, so Migliavacca. Mit der Wassernutzungseffizienz als zweitwichtigstem Faktor würden die Ergebnisse zudem die Bedeutung der Wasserverfügbarkeit für die Leistungsfähigkeit der Umwelt unterstreichen. „Dies wird für die Betrachtung der Auswirkungen des Klimawandels von entscheidender Bedeutung sein“, sagt Markus Reichstein am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.
Umfassende Beurteilung der Reaktion der weltweiten Ökosysteme
Nach Untersuchungen der Austauschraten von Kohlendioxid, Wasserdampf und Energie an 203 weltweiten Forschungsstationen ist zudem klar: Die drei ermittelten Schlüsselindikatoren hängen entscheidend von der Struktur der Vegetation ab, also vom Grüngehalt der Pflanzendecke, dem Stickstoffgehalt der Blätter, der Vegetationshöhe und der Biomasse. Diese Erkenntnisse würden die Bedeutung der Ökosystemstruktur unterstreichen, denn durch Störungen und Landmanagement wird die Steuerung der Funktionen beeinflusst.
Was bedeutet die Ergebnisse für die Praxis? „Unsere aufschlussreiche Analyse ist ein wichtiger Schritt zur Ermittlung von Indikatoren für das Verhalten und die Gesundheit von Ökosystemen“, meint Markus Reichstein: „Sie trägt zu einer umfassenden Beurteilung der Reaktion der weltweiten Ökosysteme auf Klima- und Umweltveränderungen bei.“
Foto: Marta Galvagno, ARPA Valle d’Aosta, Italien
