Binden Pflanzen bei hohem Stickstoffangebot vermehrt Kohlendioxid?

Erhöhte Kohlendioxidwerte fördern das Pflanzenwachstum. Könnten hohe Stickstoffgaben dieses Phänomen weiter verstärken?

Eine Theorie besagt, dass durch erhöhte Stickstoffgaben verstärkt atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) durch Pflanzen genutzt und damit gebunden werden kann. Eine zunehmende Stickstoffverschmutzung wird auf Grund einer wachsenden Weltbevölkerung ebenso erwartet wie steigende Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre. Stickstoff gelangt aufgrund einer Zunahme landwirtschaftlicher Tätigkeit in Form von Wirtschafts- und Mineraldünger, aber auch durch andere menschliche Einflüsse, wie z.B. die Verschmutzung von Gewässern in die Umwelt. Damit könnte Ökosystemen eine wachsende Bedeutung für den Erhalt des Klimas und als Puffer menschlicher Einflüsse auf dieses zukommen. 

Diese Hoffnung, dass Pflanzen wenigstens einen Teil des verstärkt freigesetzten Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) wieder binden, ist nicht unbegründet. Denn erhöhte CO2-Werte führen zu einem verstärkten Pflanzenwachstum. Man spricht vom sogenannten CO2-Düngungseffekt. Je mehr CO2 Pflanzen zur Verfügung haben, desto größer und schneller wachsen sie. Dieses verstärkte Wachstum beruht auf einer erhöhten Photosyntheserate der Pflanzen. Ein Nebeneffekt des verstärkten Wachstums ist ein erhöhter Bedarf an Stickstoff. Stickstoff ist ein Grundbaustein für die Biosynthese von Proteinen. Der Eiweißbedarf der Pflanzen steigt durch die erhöhte Zellteilung und Zellstreckung. Im Umkehrschluss müsste das heißen, dass Pflanzen bei einem erhöhten Stickstoffangebot einen erhöhten CO2-Düngungseffekt aufweisen. Das muss jedoch nicht sein, wie zwei Ökologen nun herausfanden.

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Die vierjährige Studie fand im größten Flussmündungsgebiet der USA statt. In der sumpfigen Marschlandschaft dominiert die Teichbinse Schoenoplectus americanus. Auf diesem Gebiet stellten die Wissenschaftler zwanzig nach oben und unten offene, transparente Behälter mit einem Durchmesser von etwa 1,80 m und einer Höhe von etwa 1,50 m auf. Die Hälfte der Behälter blieb unbehandelt. Die anderen Behälter wurden begast. Die CO2-Konzentration war etwa doppelt so hoch wie in den unbehandelten Versuchen. Zusätzlich wurde der Boden in der Hälfte der Behälter mit Stickstoff gedüngt. 

Erwartungsgemäß wurde der CO2-Düngungseffekt im ersten Untersuchungsjahr von den Stickstoffgaben unterstützt. Doch bereits im zweiten Jahr breiteten sich völlig unerwartet zwei Gräserarten aus, die bisher in diesem Gebiet eher selten vorkamen. Im Gegensatz zur Teichbinse reagieren die beiden neuen Gräser Spartina patens und Distichlis spicata kaum auf hohe CO2-Werte, da diese zu den sogenannten C4-Pflanzen gehören. Die zusätzlichen Stickstoffgaben haben ihr Wachstum jedoch stark beeinflusst. Der Stickstoff hat in die Zusammensetzung des Ökosystems eingegriffen. Zwischen 2005 und 2009 reduzierte sich der Anteil der Teichbinsen von 95 Prozent auf etwa die Hälfte.

Aus den Ergebnissen lässt sich schließen, dass einige Pflanzen des Ökosystems zukünftig durch erhöhte CO2-Werte zwar mit verstärktem Pflanzenwachstum reagieren werden. Durch die Veränderung eines weiteren Faktors, in diesem Fall des Stickstoffs, sind jedoch Veränderungen in der Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaft zu erwarten, welche den positiven Effekt der CO2 Düngung kolportierten. Für Vorhersagen eines durch den globalen Klimawandel veränderten Ökosystems muss daher die Pflanzenwelt in ihrer Gesamtheit und vor allem in ihrer Flexibilität betrachtet werden.