Forscher: Pflanzenvielfalt stabilisiert die Bodentemperatur

Eine neue Studie zeigt eine natürliche Lösung zur Abschwächung von Auswirkungen des Klimawandels wie extremen Wetterereignissen auf. Forscher der Universität Leipzig, der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und anderer Forschungseinrichtungen fanden heraus, dass eine vielfältige Pflanzenwelt wie ein Puffer gegen Schwankungen der Bodentemperatur wirkt. Der Puffer kann entscheidenden Einfluss auf wichtige Ökosystemprozesse haben. Ihre Erkenntnisse haben die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature Geoscience" veröffentlicht.

"Die Bodentemperatur spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung wichtiger Ökosystemprozesse in Bezug auf Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffdynamik, mikrobielle Aktivität und landwirtschaftliche Produktivität", erklärte die Erstautorin der Studie, Dr. Yuanyuan Huang. Trotz ihrer Bedeutung wurde bisher in keiner Studie untersucht, ob gerade die Pflanzenvielfalt als Puffer gegen Schwankungen der Bodentemperatur während der langfristigen Entwicklung einer Gemeinschaft wirkt.

18 Jahre Temperatur gemessen

Huang und ihre Kollegen präsentieren in ihrer Studie Ergebnisse eines umfassenden Datensatzes, der von 2004 bis 2021 in einem groß angelegten Grasand-Biodiversitätsexperiment – dem Jena-Experiment – gesammelt wurde. Das Versuchsgelände umfasste 80 Parzellen mit einer unterschiedlichen Pflanzenvielfalt von bis zu 60 Arten. Außerdem lieferten vier Parzellen mit unbepflanztem Boden und zwei Parzellen mit unkontrolliertem Bewuchs wichtige Bezugspunkte. Die Bodentemperatur wurde automatisch in 5 cm und 15 cm Tiefe mit einer Auflösung von einer Minute über einen Zeitraum von 18 Jahren aufgezeichnet, was eine erhebliche Klimavariabilität abdeckt.

"Diese beispiellose Analyse langfristiger, hochauflösender Daten liefert überzeugende Beweise dafür, dass die Pflanzenvielfalt als natürlicher Puffer fungiert und angesichts klimatischer Extreme für Stabilität sorgt", betonte Erstautorin Huang. Während des gesamten 18-jährigen Zeitraums habe die Pflanzenvielfalt ihre bemerkenswerte Fähigkeit gezeigt, den Boden bei sengender Hitze vor Überhitzung zu schützen und in kälteren Perioden dabei zu helfen, Wärme zu speichern.

Stabilität das ganze Jahr über

Im Sommer, an Tagen mit besonders hoher Lufttemperatur, lag die Bodentemperatur in Pflanzengemeinschaften mit 60 Arten um 5,04 °C niedriger als in unbepflanzten Parzellen. Zum Vergleich: Dieser Unterschied ist mehr als doppelt so hoch wie der Unterschied zwischen Monokulturen und unbepflanztem Boden zum gleichen Zeitpunkt. An Tagen mit besonders niedriger Lufttemperatur war jedoch die Bodentemperatur in der 60-Arten-Pflanzengemeinschaft um 1,48 °C wärmer als in unbepflanzten Parzellen, was in diesem Fall fast fünfmal so hoch ist wie der Unterschied zwischen Monokulturen und dem unbepflanzten Boden.

Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass Pflanzenvielfalt die Bodentemperatur das ganze Jahr über stabilisieren kann. Die Auswirkungen verstärkten sich mit zunehmendem Alter der Versuchsgemeinschaften und sind gerade unter den härtesten klimatischen Bedingungen wie sengend heißen Tagen und trockenen Jahren noch prägnanter.

In einem zweiten Schritt untersuchten Huang und ihre Kollegen die Ursachen für die stabilisierende Wirkung der Pflanzenvielfalt. Die Pflanzenvielfalt erhöhte nicht nur die Gesamtheit an Blattflächen der Pflanzen, was zu einer stärkeren Beschattung führte, sondern auch den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden. Die stabilisierende Wirkung der Pflanzenvielfalt zeigte sich durch eine Reduktion der Wärmeleitung in den oberen 60 cm des Bodens. Infolgedessen blieb die Bodentemperatur in Gemeinschaften mit einer höheren Pflanzendiversität das ganze Jahr über und durch den kompletten Oberboden hinweg stabiler.

Auch Abbau von Kohlenstoff im Boden

Diese Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen. Die durch Pflanzenvielfalt bewirkte Stabilisierung der Bodentemperatur könnte entscheidend sein, um negative Auswirkungen extremer klimatischer Ereignisse abzuschwächen. Dazu gehört auch der Abbau von Kohlenstoff im Boden und dessen Freisetzung in die Atmosphäre. Nach Ansicht der Forscher hat dieser natürliche Mechanismus zusätzlich das Potenzial, den Prozess der globalen Erwärmung zu verlangsamen.

"Unsere Forschung zeigt die bemerkenswerte Fähigkeit der Pflanzenvielfalt, als Schutzschild gegen die Auswirkungen des Klimawandels zu wirken. Sie erinnert uns eindringlich daran, wie wichtig es ist, die biologische Vielfalt in unseren Ökosystemen zu erhalten und zu fördern, um die Umwelt zu schützen und eine nachhaltige Zukunft zu sichern", sagte Prof. Dr. Nico Eisenhauer, Leiter der Studie und Sprecher des Jena-Experiments. Die Studie erweitere nicht nur unser Verständnis der lebenswichtigen Rolle der biologischen Vielfalt, sondern biete auch einen Hoffnungsschimmer im laufenden Kampf gegen den Klimawandel.

Susann Sika, Universität Leipzig