Unterwuchswälder im Amazonas reagieren kurzfristig mit erhöhter CO₂-Aufnahme – langfristige Einschränkungen durch Nährstoffmangel
Tropische Regenwälder, insbesondere der Amazonas, gelten als bedeutende Kohlenstoffsenken und spielen eine zentrale Rolle im globalen Klimasystem. Aktuelle Forschungsergebnisse aus dem zentralen Amazonasgebiet, an denen die Universität Wien, die Technische Universität München sowie das Nationale Institut für Amazonasforschung (INPA) beteiligt sind, zeigen, dass Unterholz-Pflanzen durch Anpassungen ihrer Wurzelsysteme kurzfristig mehr CO₂ aufnehmen können. Allerdings könnte die langfristige Kohlenstoffbindung durch begrenzte Nährstoffverfügbarkeit eingeschränkt werden, was die Anfälligkeit dieser Ökosysteme unter zukünftigen Klimabedingungen verdeutlicht. Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Herausforderungen durch nährstoffarme Böden
Der Amazonaswald speichert enorme Mengen an CO₂ und beeinflusst das globale Wasser- und Klimageschehen maßgeblich. Rund 60 % der Wälder wachsen auf stark verwitterten Böden mit geringer mineralischer Nährstoffverfügbarkeit, insbesondere Phosphor, erklärt Lucia Fuchslueger vom CeMESS der Universität Wien. Diese Nährstoffknappheit kann das Wachstum und somit die Fähigkeit zur weiteren Kohlenstoffaufnahme begrenzen. Dennoch haben Amazonasbäume effiziente Nährstoffkreisläufe entwickelt, indem sie beispielsweise Nährstoffe aus Blättern zurückgewinnen und vom schnellen organischen Abbau im Boden profitieren. Ob diese Mechanismen jedoch noch effizienter werden können, war bislang unklar, da experimentelle Daten aus natürlichen Waldökosystemen fehlten.
Experimentelle Simulation zukünftiger CO₂-Bedingungen
Unter der Leitung von Lucia Fuchslueger (Universität Wien) und Nathielly Martins (Technische Universität München, INPA Manaus) wurde ein innovatives Experiment mit sogenannten Open-Top-Chambers durchgeführt, um erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen direkt im Unterholz des Amazonaswaldes zu simulieren. Diese transparenten Plexiglas-Kammern mit 2,5 m Durchmesser und 3 m Höhe sind oben offen, um natürliche Niederschläge zuzulassen und Überhitzung zu vermeiden.
Nach ein bis zwei Jahren zeigte sich eine gesteigerte Kohlenstoffaufnahme und ein erhöhtes Wachstum der Unterholzpflanzen unter erhöhtem CO₂. Die Pflanzen reagierten darauf, indem sie ihr Wurzelsystem ausbreiteten, um vermehrt Nährstoffe, insbesondere Phosphor, aufzunehmen.
Mechanismen der Nährstoffaufnahme und deren Grenzen
- Die Streuschicht dient als wichtige Nährstoffquelle, da abgefallene Blätter enzymatisch zersetzt werden, wodurch Phosphor freigesetzt wird.
- Die Wurzeln konkurrieren dabei intensiv mit Bodenmikroorganismen um diese Nährstoffe.
- Langfristig kann diese Strategie zu einer Erschöpfung organischer Phosphorreserven führen.
Diese Befunde verdeutlichen einen Kompromiss: Zwar können tropische Wälder kurzfristig durch erhöhte CO₂-Aufnahme zur Klimapufferung beitragen, jedoch begrenzt die Nährstoffverfügbarkeit ihre langfristige Kohlenstoffspeicherkapazität und macht sie anfällig gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels.
Ausblick: Das AmazonFACE-Projekt
Die aktuelle Untersuchung fungiert als Pilotstudie für das umfangreiche, mehrjährige AmazonFACE-Projekt, das noch in diesem Jahr startet. Ziel von AmazonFACE (Free Air CO₂ Enrichment) ist es, die Reaktion tropischer Primärwälder auf steigende CO₂-Konzentrationen im Freiland zu erforschen. Das Projekt findet etwa 80 km nördlich von Manaus in einem typischen Terra-Firme-Tieflandwald statt und wird als erstes groß angelegtes FACE-Experiment in tropischen Wäldern durchgeführt.
Das internationale und interdisziplinäre Team umfasst rund 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Studierende, Technikerinnen und Techniker sowie weitere Fachkräfte aus etwa 40 Institutionen weltweit.
Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse
- Das AmazonFACE-Projekt untersucht die Rolle tropischer Primärwälder bei steigenden atmosphärischen CO₂-Werten.
- In der vorgestellten Studie simulierten Open-Top-Chambers erhöhte CO₂-Konzentrationen im Unterholz des Amazonaswaldes.
- Die Ergebnisse zeigen eine kurzfristige Steigerung der CO₂-Aufnahme und des Pflanzenwachstums durch Anpassungen des Wurzelsystems.
- Langfristig könnte die Kohlenstoffbindung durch begrenzte Nährstoffverfügbarkeit, insbesondere Phosphor, eingeschränkt sein.
- Diese Erkenntnisse unterstreichen die potenzielle Verwundbarkeit tropischer Wälder gegenüber zukünftigen klimatischen Veränderungen.
Informationen zu den Autorinnen
- Lucia Fuchslueger (https://ter.univie.ac.at/fuchslueger) ist Leiterin einer Junior Research Group am Centre for Microbiology and Environmental Systems Science (CeMESS) der Universität Wien und verantwortet den Nährstoffforschungsbereich im Amazonas-FACE-Projekt.
- Nathielly P. Martins (https://www.lss.ls.tum.de/lsai/team/dr-nathielly-martins/) ist Postdoktorandin an der Professur für Land-Surface-Atmosphere-Interactions der Technischen Universität München.
Über die Universität Wien
Die Universität Wien blickt auf eine über 650-jährige Tradition in Bildung, Forschung und Innovation zurück. Sie zählt zu den weltweit führenden Universitäten und ist mit mehr als 180 Studienprogrammen sowie über 10.000 Mitarbeitenden einer der größten Wissenschaftsstandorte Europas. Interdisziplinäre Zusammenarbeit fördert hier Spitzenforschung und die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für aktuelle Herausforderungen.
Über das CeMESS der Universität Wien
Das Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CeMESS) erforscht die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Umweltfaktoren sowie deren Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Planet. CeMESS vereint vier Forschungsbereiche von Mikrobiologie und Bioinformatik bis Ökologie und Umweltgeowissenschaften und umfasst über 250 Mitglieder aus mehr als 40 Ländern. Weitere Informationen unter https://cemess.univie.ac.at/.
Kontaktinformationen der wissenschaftlichen Ansprechpartner
Dr. Nathielly Martins
Professur für Land Surface-Atmosphere Interactions
TUM School of Life Sciences
Technische Universität München
Hans-Carl-von-Carlowitz-Platz 2, 85354 Freising
Telefon: +49 8161 71 4729
E-Mail: nathielly.martins@tum.de
Dr. Lucia Fuchslueger
Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung
Universität Wien
Djerassiplatz 1, 1030 Wien
Telefon: +43 1 4277 91269
E-Mail: lucia.fuchslueger@univie.ac.at
Originalpublikation
Amazonian understory forests change phosphorus acquisition strategies under elevated CO₂
Nathielly Martins, Lucia Fuchslueger et al.
Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-026-72098-0
