Der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre gleicht die negative Wirkung des treibhausgasbedingten Klimawandels auf Bäume nicht aus: Je extremer Trockenheit und Hitze werden, desto weniger profitieren die Bäume von der intensiveren Versorgung mit Kohlendioxid, was Kohlenstoffwechsel und Wassernutzungseffizienz betrifft. Dies haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bei Untersuchungen an Aleppo-Kiefern festgestellt. Über die Studie berichten sie in der Zeitschrift New Phytologist. (DOI: 10.1111/nph.16471)
Aufgrund des treibhausgasbedingten Klimawandels sind Bäume immer häufiger extremer Trockenheit und Hitze ausgesetzt. Wie sich die erhöhte CO2-Konzentration in der Atmosphäre auf die physiologische Reaktion der Bäume im Klimastress auswirkt, ist jedoch umstritten. Kohlendioxid stellt bekanntlich den Hauptnährstoff für Pflanzen dar; diese verwandeln durch Photosynthese mithilfe von Sonnenlicht CO2 und Wasser in Kohlenhydrate und Biomasse. Allerdings setzen Perioden von Trockenheit und Hitze die Bäume stark unter Stress; ihre Wurzeln gelangen nur noch schwer an Wasser, und um Verdunstungsverluste zu verringern, schließen sie die Spaltöffnungen ihrer Blätter – wodurch sie wiederum weniger CO2 aus der Luft aufnehmen.
Mit diesen Zusammenhängen hat sich das Plant Ecophysiology Lab am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen, nun genauer befasst. Die Forscherinnen und Forscher untersuchten gemeinsam mit Wissenschaftlern der Ludwig-Maximilians-Universität München, der Universität Wien und des Weizmann Institute of Science in Rechovot/Israel, wie sich eine erhöhte CO2-Konzentration bei Trockenheit und Hitze auf den Kohlenstoffwechsel und die Wassernutzungseffizienz der Aleppo-Kiefer (Pinus halepensis) auswirkt.
Wie die Forscherinnen und Forscher in der Zeitschrift New Phytologist berichten, zogen sie Aleppo-Kiefern aus Samen unter atmosphärischer sowie unter stark erhöhter CO2-Konzentration (421 ppm bzw. 867 ppm) heran. Die eineinhalbjährigen Bäume wurden einen Monat lang entweder gut gewässert oder ausgetrocknet. Anschließend wurden sie in hochtechnisierte Pflanzenkammern verpflanzt und über zehn Tage allmählich von 25 Grad Celsius auf 40 Grad Celsius ansteigenden Temperaturen ausgesetzt. Währenddessen maßen die Wissenschaftler kontinuierlich den Gas- und Wasseraustausch der Bäume und analysierten lebenswichtige Stoffwechselprodukte.
Ergebnisse der Studie: Eine erhöhte CO2-Konzentration verringerte den Wasserverlust der Bäume und erhöhte deren Wassernutzungseffizienz während der steigenden Hitzebelastung. Die Nettokohlenstoffaufnahme ging unterdessen jedoch stark zurück. Darüber hinaus beeinträchtigte die Hitze die Stoffwechseleigenschaften der Bäume, während der Stoffwechsel kaum von der intensiveren CO2-Versorgung profitierte – die positiven Auswirkungen zeigten sich vor allem in einer höheren Stabilität der Wurzelproteine. „Die Wirkung des erhöhten CO2 auf die Stressreaktionen der Bäume war insgesamt bescheiden. Mit zunehmender Hitze und Trockenheit ging sie stark zurück“, resümiert Dr. Nadine Rühr, Leiterin des Plant Ecophysiology Lab am IMK-IFU des KIT. „Daraus ist zu schließen, dass der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre die Belastung der Bäume durch extreme klimatische Bedingungen nicht ausgleichen kann.“
Originalpublikation (Open Access):
Benjamin Birami, Thomas Nägele, Marielle Gattmann, Yakir Preisler, Andreas Gast, Almut Arneth, Nadine K Ruehr: Hot drought reduces the effects of elevated CO2 on tree water use efficiency and carbon metabolism. New Phytologist, 2019. (DOI: 10.1111/nph.16471)
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.16471
Details zum KIT-Zentrum Klima und Umwelt: http://www.klima-umwelt.kit.edu
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