Pflanzenvielfalt steigert Biomasseproduktion

31.05.2012 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Auch Graslandschaften beherbergen viele unterschiedliche Pflanzenarten. (Quelle: © PeterA / pixelio.de)
Auch Graslandschaften beherbergen viele unterschiedliche Pflanzenarten. (Quelle: © PeterA / pixelio.de)

Jede Pflanzenart ist für Ökosysteme ein Zugewinn; Jeder Verlust kann hingegen die Produktivität des Gesamtsystems langfristig herabsetzen. So die Ergebnisse einer Langzeitstudie. Auf lange Sicht führt Artenreichtum zu einem höheren Biomasse-Ertrag des Systems. Zudem erhöht sich die Bodenfruchtbarkeit.

Selbst in komplexen Ökosystemen hat der Verlust einer Art negative Konsequenzen. Denn langfristig korrelieren Pflanzenvielfalt und der Biomasse-Ertrag: Steigt die Biodiversität, erhöht sich der Ertrag. Kurzzeitexperimente erfassen diese Effekte nicht und reichen demnach nicht aus, um die Folgen eines Verlustes in voller Konsequenz abschätzen zu können. Dies ist das Ergebnis einer Studie, welche sich auf die Langzeiteffekte der Pflanzenvielfalt in Ökosystemen konzentrierte. Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam analysierte dafür Daten aus zwei vergleichbaren Experimenten im Cedar Creek Ecosystem Science-Reservat in Minnesota, USA: Das „Cedar Creek Biodiversity Experiment“ (BioDIV, gepflanzt zwischen 1994-1995) und das „Biodiversity, CO2, and N Experiment“ (BioCON, 1997 gepflanzt).

Bei den Experimenten wurden auf insgesamt 2.200 Hektar Fläche Grasland-Parzellen mit jeweils einer, vier, neun oder 16 verschiedenen Pflanzenarten angelegt. Ziel der neuen Analyse war es, die Produktivität und Bodenqualität der Parzellen über einen längeren Zeitraum (vom Beginn der Bepflanzung bis zum Zeitpunkt der Untersuchung vergingen ca. 14 Jahre) miteinander zu vergleichen. Biodiversität sollte in der Studie folglich längerfristig betrachtet werden.

Jede Art ist nützlich

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In den Parzellen wurden unterschiedlich viele Arten angepflanzt, auch viele Leguminosen, wie Lupine. (Quelle: © Albrecht E. Arnold / pixelio.de)

In den Parzellen wurden unterschiedlich viele Arten angepflanzt, auch viele Leguminosen, wie Lupine. (Quelle: © Albrecht E. Arnold / pixelio.de)

Mithilfe von statistischen Berechnungen konnten die Forscher Ökosystem-Funktionen aufklären. Diese wuchsen mit einem Anstieg an Arten kontinuierlich. Einige Jahre nach dem Beginn des Experiments kam es zu einer gewissen Sättigung, d.h. dass die Produktivität durch einen Zuwachs an Arten nicht mehr gesteigert werden konnte. Bisherige Kurzzeit-Studien brachen an dieser Stelle oft ab und kamen zu der Aussage, dass eine Sättigung der positiven Wirkung der Artenvielfalt auftritt. Durch die Kontinuität der Experimente zeigte sich, dass nach einiger Zeit die Produktivitätskurve mit wachsender Artenvielfalt wieder weiter anstieg. In den Parzellen mit den meisten Pflanzenarten wurde die höchste Biomasseproduktivität gemessen.

Käme es dagegen zu einer dauerhaften Sättigung, würde sich der Verlust einiger Arten nicht auf die Leistung des Ökosystems auswirken. Einige Arten wären somit redundant und deren Verlust weniger dramatisch. Die jetzt vorliegende Langzeitstudie beweist das Gegenteil. „Überflüssige Arten gibt es nicht“, sagt Dr. Nico Eisenhauer, Co-Autor der Studie und Wissenschaftler am Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie der Technischen Universität München. Jede Art trägt daher zu einem stabilen und produktiven Ökosystem bei.

Warum ist dieser Effekt erst in Langzeitexperimenten nachweisbar?

Die Forschungsergebnisse legen nah, dass die Pflanzen Zeit brauchen, um ihre Eigenschaften an das Ökosystem anzupassen und so ihre ökologische Nische zu finden. Es zeigte sich, dass diese Arten über einen längeren Zeitraum betrachtet, stärker funktional einzigartig werden. Die beschriebene Produktivitätssteigerung wird somit durch ein sehr feines Zusammenspiel aller Arten bewirkt. Deren funktionelle Diversität bewirkt die Stabilität und Produktivität des Systems. Bisherige Experimente dokumentieren dagegen nur die kurzfristigen Effekte. Ein wesentliches Ergebnis der vorgestellten Studie ist, dass Experimente längerfristiger angelegt werden müssen, will man präzisere Aussagen über die Produktivität von Ökosystemen treffen. Die realen Auswirkungen des Artenverlustes könnten daher viel größer sein, als bisher angenommen.

Längerfristige Auswirkungen

Die Forscher verweisen auch darauf, dass die Ergebnisse durchaus für unseren Lebensalltag relevant sind. „Selbst wenn nur wenige Arten verloren gehen, kann das massive Einschnitte in die Ökosystem-Funktionen bedeuten – beispielsweise bei der Bereitstellung von Nahrungsmitteln, aber auch bei der Klimaregulierung oder der Wahrung einer hohen Wasserqualität“, erklärt Eisenhauer. Der Verlust an Arten kann sich demnach auch für den Menschen negativ auswirken.

Über die Biomasseproduktion hinaus, werden auch wichtige Speicherfunktionen, wie die Speicherung von Kohlenstoff oder Stickstoff, oder die Regulierung des Nährstoffhaushaltes von mehr Pflanzen arbeitsteilig übernommen und erhöhen so zudem die Fruchtbarkeit des Bodens.

Reich et al. lieferten neue Hinweise darauf, wie viel Arten notwendig sind, um die Produktivität einzelner Ökosysteme zu erhalten. Weiterführende Studien müssen nun klären, ob die Ergebnisse der Studie als allgemeingültige Regel angesehen werden können, oder ob das untersuchte Ökosystem (Cedar Creek) eine Ausnahme darstellt, in dem Umweltbedingungen, Arten oder Methoden des Experiments einander bedingten. Sollten die Ergebnisse jedoch generalisierbar sein, dann könnten bald valide Vorhersagen über die ökologischen Folgen eines Biodiversitätsverlustes in ganzen Ökosystemen getroffen werden.

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