Bäume nutzen Wasser effizienter

 Fritz Schweingruber, WSL

Fritz Schweingruber, WSL

Der Anstieg des CO2-Gehaltes in der Luft fuhrt dazu, dass Bäume in Europa das ihnen zur Verfugung stehende Wasser immer effizienter nutzen: Im zwanzigsten Jahrhundert ist die Wasser-nutzungseffizienz um rund 20 Prozent gestiegen. Das berichtet ein Forscherteam um David Frank von der der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL und der Universität Bern.

Bäume nehmen uber winzige Poren in ihren Blättern, den sogenannten Spaltöffnungen, Kohlendioxid aus der Luft auf und produzieren daraus Kohlenhydrate fur ihr Wachstum. Durch dieselben Spaltöffnungen entweicht aber auch Wasserdampf – uber 100 Kilogramm Wasser pro produziertes Kilogramm Kohlenhydrate. Steigt der Kohlendioxidgehalt in der Luft, können die Spaltöffnungen so reguliert werden, dass noch genugend Kohlenstoff aufgenommen wird, aber weniger Wasser verloren geht. Die sogenannte Wassernutzungseffizienz der Bäume steigt.

Ein internationales Forscherteam hat nun genauer untersucht, wie sich der erhöhte Kohlendioxidgehalt in der Luft und die Klimaveränderung auf Wälder verschiedener Klimazonen Europas und ihre Wassernutzungseffizienz auswirken. Dazu kombinierten sie Messungen von Kohlenstoffisotopen in Jahrringen von Bäumen mit Computermodellen, welche die globale Vegetationsentwicklung simulieren können, sogenannte dynamische globale Vegetationsmodelle (DGVMs). Die Studie ist in der Fachzeitschrift «Nature Climate Change» erschienen.

Baum-Jahrringe von Marokko bis Norwegen untersucht

«Jahrringe von Bäumen bieten eine grossartige Möglichkeit, die Reaktion von Ökosystemen auf den Klimawandel uber lange Zeiträume hinweg zu analysieren», sagt der Erstautor der Studie, David Frank, Dendroklimatologe an der Eidgenössischen Forschungsanstalt fur Wald, Schnee und Landschaft WSL in Birmensdorf und Mitarbeiter am Oeschger-Zentrum fur Klimaforschung der Universität Bern. Die Forschenden nutzten Jahrringdaten von 23 Waldstandorten zwischen Marokko und Norwegen und ermittelten aus den Daten die Wassernutzungseffizienz.

Bisherige Studien weisen darauf hin, dass Pflanzen ihre Spaltöffnungen so regulieren, dass sie gleichzeitig die Aufnahme von Kohlenstoff maximieren und den Verlust von Wasser minimieren. Diese Prozesse fuhren unter anderem dazu, dass das leichte Kohlenstoffisotop 12C im Verhältnis zum schweren Isotop 13C vermehrt in die Biomasse eingebaut wird. «Wenn wir in den Jahrringen das Verhältnis von schweren zu leichten Kohlenstoff-Isotopen messen, können wir die Wassernutzungseffizienz und die sie steuernden Umwelteinflusse in die Vergangenheit zuruck verfolgen», sagt Kerstin Treydte, Expertin fur Jahrring-Isotope an der WSL und Mitautorin der Studie. So fanden die Forschenden heraus, dass im Lauf des 20. Jahrhunderts bei Laubbäumen die Kohlenstoffaufnahme bei gleichbleibendem Wasserverbrauch um 14 Prozent, bei Nadelbäumen um 22 Prozent gestiegen ist.

Verdunstung steigt trotz erhöhter Wassernutzungseffizienz

Mit den gewonnenen Daten hat das Forscherteam zudem Modellsimulationen durchgefuhrt. Sie zeigen, dass der Wasserverbrauch der Wälder in Europa trotz der erhöhten Wassernutzungseffizienz nicht gesunken ist. Im Gegenteil: Aufgrund längerer Wachstumsperioden, grösserer Kronenflächen, und höherer Temperaturen nahm die Verdunstung im Lauf des zwanzigsten Jahrhunderts sogar zu. Es ist daher sehr unwahrscheinlich, dass die Anpassung der Bäume an die erhöhte Kohlendioxidkonzentration in der Luft die Menge des Wasserdampfes in der Atmosphäre – ein wichtiges Treibhausgas – vermindern wird. Ebenso wird wohl der Wassergehalt im Boden oder auch die Wassermenge in Flussen nicht massgeblich beeinflusst werden.

Die Erkenntnisse dieser Studie liefern wichtige Informationen, um die Simulation des Kohlenstoffund des Wasserkreislaufes in globalen
Klimamodellen zu verbessern. Chris Huntingford, Klimamodellierer am Zentrum fur Ökologie und Hydrologie in Grossbritannien, sagt: «Wir konnten die aus den Jahrringen gewonnenen Daten mit mehreren Vegetationsmodellen vergleichen und waren uber die gute Übereinstimmung erfreut. Diese Art von Test hilft uns, die Modelle weiterzuentwickeln. In diesem Fall zeigt es uns aber auch, dass wir den Modellvorhersagen fur die Wassernutzungseffizienz vertrauen können.»

«Unsere Ergebnisse illustrieren, wie wichtig es ist, so kleinskalige Prozesse wie die Reaktionen der Spaltöffnungen auch auf einer grösseren Ebene, also auf der von Bäumen und Wäldern zu betrachten. Dies gelingt durch die Kombination von Messdaten und Modellsimulationen», sagt Ben Poulter, Vegetationsmodellierer an der Montana State University, USA. «Tiefe Einblicke in die komplexen Kreisläufe der Erde sind zudem nur möglich, wenn grosse interdisziplinäre Forschungsteams zusammenarbeiten Vorgehendweisen gewählt werden, die Messdaten und Modellergebnisse miteinander verknupfen.»

Quelle: Forschungsanstalt WSL