aus der Forschung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung – UFZ und des Forschungszentrums Jülich

An dem großen Langzeitexperiment, aus dem inzwischen über 70 Publikationen hervorgegangen sind, haben auch Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung und dem Forschungszentrum Jülich mitgewirkt. Die Ende 2010 in Nature veröffentlichte Auswertung zeigte, dass sich der Rückgang von Pflanzenarten auch auf den anderen Ebenen des Nahrungsnetzes auswirkt.

Das Experiment:

Das Jena-Experiment ist mit einer Fläche von vier Hektar eines der größten ökologischen Feldexperimente mit Graslandschaften weltweit. Der von der DFG geförderte und von der Universität Jena koordinierte Langzeitversuch begann im Jahr 2002 mit 90 Feldern von 20 x 20 Metern, auf denen jeweils unterschiedliche Arten an Gräsern, stickstoff-fixierenden Leguminosen und anderen Kräutern angesät wurden. Idealer Standort war das mittlere Saaletal, weil die typische Grünlandvegetation von Flussauen sehr artenreich ist und mehr als 30 Pflanzenarten pro Quadratmeter beherbergen kann. Allerdings sind diese ursprünglich sehr artenreichen Lebensräume durch die Intensivierung der Landwirtschaft in Mitteleuropa inzwischen stark geschrumpft. „Das Besondere an diesem Großexperiment ist, dass hier erstmals weit mehr Faktoren gleichzeitig untersucht worden sind als in vorangegangen Experimenten“, erklärt der Bodenökologe Professor Dr. François Buscot vom UFZ. „Bodenorganismen wurden früher nicht so stark berücksichtigt. Dabei zeigt die Untersuchung, dass auch deren Artenzusammensetzung eine große Rolle spielt.“

Pflanzenvielfalt schützt das Biotop

Die Artenvielfalt von Pflanzen wirkt sich auf das Funktionieren des gesamten Nahrungsnetzes aus. Die unteren Ebenen des Nahrungsnetzes reagieren dabei empfindlicher auf den Rückgang von Pflanzenarten als höhere Ebenen. So kann ein Rückgang der Pflanzenvielfalt dazu führen, dass auch die Vielfalt von Pflanzenfressern, räuberischen Arten, Parasiten und Allesfressern zurückgeht, was sich wiederum auf die Bestäubung von Blütenpflanzen oder die Symbiose zwischen Pilzen und Pflanzen auswirkt. Eine höhere Vielfalt an Pflanzenarten schützt dagegen vor dem Eindringen fremder Pflanzenarten in die Artengemeinschaften und sogar vor pathogenen Pilzen.

Vielfalt bei Tieren

Denn Artenverluste setzen sich entlang der Nahrungskette von unten nach oben fort und können Ökosysteme destabilisieren. "Dank unser detaillierten Auswertung konnten wir genau abschätzen, welcher Anteil am Tierartenreichtum durch die Vielfalt der Pflanzen und welcher durch den reinen Zugewinn an Biomasse erklärt wird", sagt Dr. Vicky Temperton vom Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften. Denn mehr Pflanzenarten führen in der Regel auch zu mehr Wachstum und damit zu einem größeren Nahrungsangebot für Tiere. „Aber die Daten zeigen signifikant, dass der Artenreichtum der Tiere im Ökosystem stärker mit der Anzahl der Pflanzenarten steigt, als alleine durch mehr Biomasse zu erklären ist.“ Im Großversuch wurde dazu regelmäßig die Menge an Pflanzenbiomasse verschiedener Pflanzenarten genau bestimmt – teilweise durch Probenentnahme, Sortieren nach Arten und Wiegen im Labor, teilweise durch visuelle Bestimmung der Arten im Feld.

Bodenorganismen: Pilze sichern den Wassergehalt

Zu dem Experiment gehörten auch Untersuchungen zu den Auswirkungen im Boden. Dazu wurde unter anderem die Vielfalt an Mykorrhiza-Pilzen untersucht, die in Symbiose mit den Pflanzenwurzeln leben. Bei dieser Lebensgemeinschaft, die wie ein riesiges Röhrensystem den Boden durchzieht, versorgen die Pilze die Pflanzen mit Bodennährstoffen und erhalten dafür Kohlenhydrate von den Pflanzen. In den Untersuchungen zeigte sich, dass mit einer steigenden Anzahl an Pflanzenarten auch die Zahl der Pilztypen zunahm. Dies wirkte sich außerdem positiv auf den Bodenwassergehalt und damit auf die Produktivität aus.

Dr. Stephan König vom UFZ: "Obwohl diese Pilze seit über 400 Millionen Jahren auf der Erde existieren, wissen wir immer noch vergleichsweise wenig über sie. Das Wissen könnte uns aber helfen, vielleicht in Zukunft die Erträge in der Landwirtschaft mit solchen Pilzen zu steigern und damit Dünger und dessen negative Auswirkungen auf die Umwelt zu vermindern."

Weniger Düngemitteleinsatz beim Energiepflanzenanbau

Die Ergebnisse zeigten auch, dass Mischungen unterschiedlicher Pflanzenarten auf nährstoffarmen Wiesen sehr wenig Düngemittel oder Pestizide brauchen und daher für eine umweltfreundliche Biomasseproduktion geeignet sein könnten, betont Dr. Vicky Temperton. In nächsten Projekten will sie prüfen, wie unfruchtbare Böden für die Bioökonomie nutzbar werden können. Positive Interaktionen zwischen bestimmten Pflanzenarten bedeuten, dass in Mischungen der Ertrag über längere Zeiten hoch bleiben kann. „Außerdem sind Mischungen unterschiedlicher Pflanzenarten auf nährstoffarmen Wiesen energetisch sehr effizient, da sie sehr wenig Düngemittel oder Pestizide brauchen, aber der Ertrag nachhaltig ist. Solche Mischungen könnten dann etwa zur Biogasproduktion dienen“, so Temperton. Dies wäre ein erster Schritt zur nachhaltigen Produktion nachwachsender Rohstoffe auf schwierigen Böden.

UFZ/FZJ/red.