Dürrestress im Tropen-Modell untersucht Regenwaldboden dünstet bei Trockenheit mehr organische Gase aus

In einem künstlichen Regenwald haben Forscher untersucht, wie Dürrestress den Waldboden beeinflusst. Sie stellten dabei fest, dass der trocknende Boden vermehrt flüchtige organische Substanzen abgibt. Die Erkenntnisse sind wichtig für präzisere Modelle der Atmosphärenchemie.

Langanhaltende Trockenheit beeinflusst entscheidend, in welchem Maße Regenwaldböden biogene flüchtige organische Verbindungen (VOCs, volatile organic compounds) emittieren und verbrauchen können. Zu diesem Befund kam ein Team aus internationalen Wissenschaftlern, an dem Forschende der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz beteiligt waren. Sie haben in einer Messkampagne von September 2019 bis Januar 2020 im amerikanischen Forschungszentrum Biosphäre 2 die Effekte von Dürre und Regen auf VOC-Flüsse im Boden untersucht.

Wenn der Boden unter Dürre ausdünstet

„Die ausgewerteten Daten lassen den Schluss zu, dass fortwährender Dürrestress die Kapazität der Böden, atmosphärische VOCs zu verbrauchen, schrittweise reduziert und der Boden gleichzeitig beginnt, eine Quelle für VOC zu sein“, sagt Erstautor Dr. Giovanni Pugliese, Postdoktorand am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) und vorher an der Uni Freiburg tätig. „Als kritischen Schwellenwert konnten wir eine Bodenfeuchtigkeit von 19 Prozent identifizieren, unterhalb derer diese Veränderung des Bodenverhaltens eintritt.“ Positionsspezifische 13C-Pyruvat-Markierungsexperimente im künstlich angelegten tropischen Regenwald führen die Effekte auf das Verhalten von Bodenmikroben zurück, die unter diesen Bedingungen entscheidend mehr atmosphärische VOCs produzieren als sie verbrauchen.

Wassersituation in Europa

Dürremonitor mithilfe von „Tom und Jerry“

Werden die Böden nach der Dürreperiode wieder nass, nimmt die Emission einiger VOCs sogar zu. „Unsere Messungen haben einen raschen, wenn auch nur kurzen abiotischen Emissionspeak von Carbonylverbindungen nachgewiesen. Ebenso wie einen langsamen, dafür aber andauernderen biotischen Emissionspeak von schwefelhaltigen Verbindungen“, ergänzt Pugliese.

Bodeneffekte in Klimamodellen berücksichtigen

Die mehrmonatige Messkampagne im experimentellen Regenwald der Biosphere 2 hat rund um die Uhr Daten unter vordefinierten Umweltbedingungen gesammelt. Deren Analyse zeigte deutliche Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren und VOC-Flüssen im Boden. Insbesondere mit Blick auf Klimafolgen wie Hitze und Trockenheit verdeutlicht die Studie, wie wichtig es ist, diese Zusammenhänge zu verstehen.

„Wir wissen nun, dass Dürrestress das Verhalten von VOC-Flüssen in und aus dem Boden stark beeinflussen kann“, sagt Prof. Dr. Jonathan Williams, Leiter der VOC-Gruppe am MPIC. „Da aktuelle Klimamodelle vorhersagen, dass die Amazonas-Regenwaldregion in Zukunft häufiger und länger von Dürren betroffen sein wird, müssen wir diese neu entdeckten Bodeneffekte in atmosphärische Modelle einbeziehen, um die Vorhersage der Reaktion des Ökosystems und die Simulationen der zukünftigen regionalen Atmosphärenchemie und des Klimas zu verbessern.“

Originalpublikation: Giovanni Pugliese, Johannes Ingrisch, Laura K. Meredith, Eva Y. Pfannenstill, Thomas Klüpfel, Kathiravan Meeran, Joseph Byron, Gemma Purser, Juliana Gil-Loaiza, Joost van Haren, Katerina Dontsova, Jürgen Kreuzwieser, S. Nemiah Ladd, Christiane Werner, Jonathan Williams: Effects of drought and recovery on soil volatile organic compound fluxes in an experimental rainforest, Nature Communications (2023)14: 5064; DOI: 10.1038/s41467-023-40661-8 .

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