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Vegetation und Klimawandel Pflanzen sind unser CO2 satt

Redakteur: Christian Lüttmann

Eine wirklich grüne Lösung gegen die Erderwärmung sind Pflanzen. Höhere CO2-Gehalte in der Luft fördern ihr Wachstum und sorgen dafür, dass sie sogar noch mehr dieses Treibhausgases aus der Atmosphäre entfernen. Doch das geht nicht beliebig so weiter: Eine satellitengestütze Studie legt nahe, dass in der Vegetation 30 Prozent weniger Kohlendioxid aufgenommen wird, als durch den „CO2-Düngeeffekt“ zu erwarten wäre.

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Je mehr CO2 in der Luft, desto stärker arbeitet die Photosysnthese der Pflanzen, die wiederum mehr CO2 in Biomasse bindet. Doch dieser Düngeeffekt ist begrenzt und schon seit Jahrzehnten rückläufig, wei eine neue Studie nahelegt.
Je mehr CO2 in der Luft, desto stärker arbeitet die Photosysnthese der Pflanzen, die wiederum mehr CO2 in Biomasse bindet. Doch dieser Düngeeffekt ist begrenzt und schon seit Jahrzehnten rückläufig, wei eine neue Studie nahelegt.
(Bild: gemeinfrei, D. Jameson RAGE / Unsplash)

Augsburg – Pflanzen spielen eine entscheidende Rolle dabei, einen Teil des überschüssigen Kohlenstoffdioxids (CO2) aus der Luft zu binden, das durch von Menschen erzeugte Emissionen in die Atmosphäre gelangt. Tatsächlich profitieren Pflanzen von höheren CO2-Gehalten, weil sie dann ihre Photosyntheseleistung steigern können. In manchen Gewächshäusern wird extra CO2-Gas eingeleitet, um das Pflanzenwachstum und damit den Ertrag zu steigern. Dieser so genannte CO2-Düngeeffekt könnte daher den Klimawandel dämpfen, indem er Teile des Treibhausgases aus der Atmosphäre entfernt.

Ob dieses Phänomen auch in den kommenden Jahrzehnten bestehen bleibt, ist jedoch unklar. In einer neuen internationalen Studie mit Beteiligung der Universität Augsburg stellten Forscher nun fest, dass der aus Satellitenbeobachtungen abgeleitete CO2-Düngeeffekt seit den 1980er-Jahren weltweit abnimmt. Diese Entwicklung könnte das Erreichen der Klimaziele zusätzlich erschweren.

Mögliche Gründe für die CO2-Sättigung der Pflanzen

Die Forscher nutzten für ihre Studie langzeitliche satelliten-gestützte indirekte Messungen der globalen Pflanzenphotosynthese, z. B. Messung der Intensität sonneninduzierter Fluoreszenz von Vegetation – ein Nebenprodukt der Photosynthese. Dabei stellten sie fest, dass der globale CO2-Düngeeffekt in den vergangenen vier Jahrzehnten unerwartet stark um etwa 30 Prozent abgenommen hat. Zudem zeigt die Studie, dass Simulationen mit Klimamodellen zwar auch solche globalen Abnahmen des CO2-Düngungseffekts zeigen, die Stärke dieses rückläufigen Trends aber deutlich unterschätzen.

Die Gründe für einen Rückgang des CO2-Düngungseffekts sind schwer zu erfassen. Eine limitierte Verfügbarkeit von weiteren elementaren Nährstoffen oder Wasser könnte eine mögliche Erklärung liefern. Folglich stellen Forscher fest, dass die Nährstoffkonzentration der Pflanzen in den Blättern seit den 1990er-Jahren parallel zum CO2-Düngeeffekt abgenommen hat.

In der Studie zeigt sich auch für bestimmte, zunehmend trockene Regionen ein paralleler Trend: Die Photosynthese wird empfindlicher gegenüber der Wasserverfügbarkeit und der CO2-Düngeeffekt schwächt sich ab.

Ungenutzter Gasüberschuss

Wenn sich der entdeckte Rückgang der CO2-Aufnahme bestätigt, könnte dies die Pläne zum Stoppen des Klimawandels zurückwerfen. Und die Hinweise seien sehr deutlich, wie die Forscher betonen. „Trotz der zunehmenden Kohlenstoffaufnahme aus der Vegetation in den letzten Jahrzehnten liefern wir robuste und konsistente Ergebnisse dafür, dass der positive CO2-Düngeeffekt auf Pflanzenwachstum in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen ist. Dieser Rückgang könnte eine sich abzeichnende Sättigung der Kohlenstoffaufnahme in der Vegetation bedeuten, die auch wichtige Auswirkungen auf die Potenziale landgestützter Minderungsstrategien hat, z. B. das Aufforsten von Wäldern“, erklärt Prof. Yongguang Zhang, Forscher an der Universität Nanjing, China.

Die Grafik zeigt Trends in der globalen Pflanzenproduktivität, ausgedrückt durch zeitliche Veränderungen in satelliten-gestützten Messungen der Blattflächen. Viele Regionen zeigen einen starken Zuwachs der Produktivität, der v. a. durch den CO2-Düngeeffekt erklärt wird. Eine neue Studie zeigt aber, dass der CO2-Düngeffekt sich in den vergangenen Jahrzehnten abgeschwächt hat. Dies deutet darauf hin, dass die weit verbreitete Produktivitätssteigerung, wie in dieser Grafik dargestellt, tatsächlich schwächer ausfiel als erwartet.
Die Grafik zeigt Trends in der globalen Pflanzenproduktivität, ausgedrückt durch zeitliche Veränderungen in satelliten-gestützten Messungen der Blattflächen. Viele Regionen zeigen einen starken Zuwachs der Produktivität, der v. a. durch den CO2-Düngeeffekt erklärt wird. Eine neue Studie zeigt aber, dass der CO2-Düngeffekt sich in den vergangenen Jahrzehnten abgeschwächt hat. Dies deutet darauf hin, dass die weit verbreitete Produktivitätssteigerung, wie in dieser Grafik dargestellt, tatsächlich schwächer ausfiel als erwartet.
(Bild: Ranga Myneni, Boston University)

Pflanzen brauchen ein ausgewogenes Verhältnis von CO2, Wasser und anderen wichtigen Nährstoffen, um zu wachsen. Wenn mehr CO2 in der Luft ist, aber nicht auch gleichzeitig mehr Wasser und Nährstoffe zur Verfügung stehen, können Pflanzen das zusätzliche Kohlendioxid nicht nutzen. „Die daraus resultierende Abnahme der Kohlenstoffaufnahme der Vegetation erhöht die Abhängigkeit der Gesellschaft von künftigen Strategien zur Minderung der Treibhausgasemissionen“, sagt Daniel Goll von der Universität Augsburg.

Verbleibendes CO2-Budget überprüfen

Dass Wälder und Böden Kohlenstoff aus der Luft aufnehmen, wird als landbasierende Kohlenstoffsenke bezeichnet. Die Studienergebnisse zeigen, dass sich diese abschwächt, da sie maßgeblich durch den CO2-Düngeeffekt getrieben wird. Diese Erkenntnisse sind wichtig, um die Strategien zum Erreichen der Klimaziele entsprechend anzupassen, genauer gesagt: das verbleibende Budget an Kohlenstoffemissionen realistisch abzuschätzen.

Originalpublikation: Songhan Wang et al.: Recent global decline of CO2 fertilization effects on vegetation photosynthesis, Science, 11 Dec 2020, Vol. 370, Issue 6522, pp. 1295-1300; DOI: 10.1126/science.abb7772

(ID:47351491)