Grüne Lunge funktioniert nur mit Phosphor

Die Amazonas-Regenwälder gelten als die "grünen Lungen der Erde", weil sie enorme Mengen Kohlendioxid speichern. Eine Studie hat jetzt Hinweise dafür gefunden, dass sich die Wälder nicht an die steigenden CO2-Konzentrationen anpassen können.


Luftaufnahme des Regenwaldes bei Manaus, der Hauptstadt des brasilianischen Bundesstaates Amazonas.
Der Amazonas-Regenwald könnte bald an seine Nährstoff-Grenzen kommen. (Foto: Neil Palmer/​CIAT/​CIFOR/​Flickr)

Die Amazonas-Regenwälder entnehmen der Atmosphäre Kohlendioxid und machen daraus Sauerstoff und Biomasse. Doch eine Studie hat jetzt Hinweise darauf gefunden, dass die Aufnahmekapazität der Regenwälder stark begrenzt ist und sie sich nicht weiter an die steigenden Kohlendioxid-Konzentrationen anpassen können.

Denn damit Pflanzen wachsen können, brauchen sie nicht nur Licht, Kohlendioxid und Wasser, sondern auch Nährstoffe. Einer der wichtigsten davon ist Phosphor. Wenn Pflanzen nicht genügend davon haben, wachsen sie schlechter – und genau dieser Nährstoff ist in den Tropen häufig rar.

Die Wissenschaftler um Katrin Fleischer von der TU München haben für ihre Studie, die jetzt im Fachjournal Nature Geosciences erschienen ist, verschiedene Ökosystem-Modelle verglichen. Sie wollten herausfinden, wie der Regenwald auf eine Zunahme der CO2-Konzentration in der Atmosphäre regiert. Einige dieser Modelle bezogen nur den Kohlenstoff-Kreislauf ein, andere Kohlenstoff und Stickstoff und wieder andere zusätzlich noch Phosphor.

Eigentlich geht man davon aus, dass durch den sogenannten CO2-Düngeeffekt auch mehr Kohlendioxid aufgenommen werden kann, wenn mehr davon in der Luft ist. "Generell ist die Photosynthese auf Blattebene durch die Verfügbarkeit von CO2 limitiert", erklärt Daniel Goll, Mitautor der Studie von der Universität Augsburg, im Gespräch mit Klimareporter°.

"Auf Ökosystem-Level nehmen Pflanzen in den gemäßigten Breiten mehr CO2 auf, wenn mehr davon in der Atmosphäre ist. Wir wissen aber noch nicht, wie sich mehr CO2 in der Atmosphäre in den Tropen auswirkt."

Phosphor-Mangel in Tropen bisher nicht berücksichtigt

Um das herauszufinden, haben die Forscher mit 14 verschiedenen Modellen die Biomasseproduktion für die nächsten 15 Jahre simuliert: zunächst für die derzeitige Kohlendioxid-Konzentration von 400 ppm und in einem zweiten Szenario für eine erhöhte Konzentration von 600 ppm – das sind 0,6 Promille.

"Wir haben in unserer Studie zum ersten Mal eine größere Anzahl von Modellen verglichen", erklärt Daniel Goll. Das Ergebnis: Zusätzliches Kohlendioxid kann von den Bäumen aufgenommen und in Biomasse umgewandelt werden – aber nur, wenn genügend Phosphor im Boden ist. "Modelle, die den Phosphorkreislauf einbeziehen, sind auf eine geringere CO2-Aufnahme des Ökosystems gekommen."

Das spielt vor allem in den Tropen eine Rolle: "Phosphor ist ein Pflanzennährstoff, der durch die Verwitterung des Gesteins eingetragen wird", erläutert Goll. Je älter die Böden sind und umso ausgewaschener das Gestein, desto geringer sind also die Phosphoreinträge. "In den gemäßigten Breiten wurden die Böden durch die Vergletscherung erneuert. Deshalb sind die Phosphoreinträge dort deutlich höher als in den Tropen."

Die Ergebnisse der Studie könnten deshalb bedeuten, dass der Amazonas-Regenwald viel weniger Kohlendioxid aufnehmen kann als bisher angenommen. "Im letzten Bericht des Weltklimarats von 2014 wurden noch keine Modelle miteinbezogen, die Phosphor berücksichtigen", sagt Goll.

Eine Hoffnung gibt es allerdings noch: Es könnte den Pflanzen gelingen, sich anzupassen, um an zusätzliches Phosphor zu kommen. "Pflanzen können sich an den Standort anpassen, aber es ist unklar, zu welchem Grad", sagt Goll. Zum Beispiel könnten sie eine Symbiose mit Pilzen eingehen oder Enzyme abgeben, die Phosphor besser verfügbar machen.

Allerdings, so der Biologe, könne es sein, dass die Pflanzen dieses Potenzial in den Tropen schon ausgereizt haben. "In den Tropen sind die Pflanzen tendenziell heute schon am Limit, weil dort sehr wenig Phosphor im Boden verfügbar ist."

Forscher forschen weiter, Abholzung nimmt zu

Die Wissenschaftler wollen die Ergebnisse ihrer Modellierung nun auch experimentell überprüfen. "Bisher haben wir Experimente mit sogenannten Open Top Chambers gemacht, in denen wir die CO2-Konzentrationen um einzelne kleine Bäume herum erhöhen können", erzählt Goll. "Aber wir brauchen auch Daten auf Ökosystem-Ebene."

In einem Freilandversuch im Amazonas-Regenwald sollen dafür Bäume mit CO2 "gedüngt" werden. Es sollen ringförmige Gerüste gebaut werden, innerhalb derer die CO2-Konzentration kontrolliert werden kann. "Die CO2-Abgabe aus den Gerüsten wird auch an die Windrichtung angepasst", erklärt Goll. Damit wird gewährleistet, dass die Konzentration innerhalb des Gerüstes zu jeder Zeit gleich ist.

Doch ob die Forscher die Ergebnisse ihrer Studie im Experiment verifizieren können oder nicht – klar ist, dass der Regenwald keine unendlich belastbare Senke für Kohlendioxid ist. Außerdem muss er dafür auch erst einmal in seiner momentanen Größe erhalten bleiben.

Dass das gelingen wird, ist momentan eher unwahrscheinlich: Satellitendaten des brasilianischen Weltrauminstituts haben gezeigt, dass in den Monaten Mai bis Juli dieses Jahres viel mehr Regenwald abgeholzt wurde als in den gleichen Zeiträumen der Jahre 2016 bis 2018.

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