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Klimaexperiment

Die Folgen des Klimawandels für die Landnutzung

Die Global Change Experimental Facility (GCEF) in der UFZ-Forschungsstation in Bad Lauchstädt bei Halle (Saale) Bild: Andre Künzelmann / UFZ

Wie wirkt sich die Erderwärmung auf verschiedene Formen der Landnutzung hierzulande aus? Dieser Frage gehen Forscher:innen in einem einzigartigen Langzeitexperiment nach.

Es ist eine Reise in die Zukunft: In der Global Change Experimental Facility (GCEF) in der UFZ-Forschungsstation in Bad Lauchstädt bei Halle (Saale) wird das Klima der Zukunft simuliert – und damit die Folgen des Klimawandels auf Landnutzung und Ökosysteme untersucht. In fünf gewächshäuserähnlichen Stahlkonstruktionen haben UFZ-Forscher zehn Experimentierblocks mit je fünf Parzellen angelegt, die sie unterschiedlich bewirtschaften lassen: Intensives und extensives Grünland jeweils mit Mahd, extensives beweidetes Grünland, ökologischer und konventioneller Ackerbau. Der Clou der sieben Hektar großen Experimentieranlage: Wissenschaftler können mittels eines schließbaren Dachs und einer Beregnungsanlage die zu erwartenden Niederschläge für das Jahr 2070 simulieren. Im Frühjahr und Herbst erhöhen sie den Niederschlag um je zehn Prozent, im Sommer sind es dafür 20 Prozent weniger. „Die GCEF ist das Flaggschiff der UFZ-Forschungsstation und das flächenmäßig weltgrößte Klimaexperiment“, sagt Martin Schädler, der wissenschaftliche Koordinator der GCEF. Die Möglichkeit, insbesondere Niederschläge nach eigenen Modellwünschen zu manipulieren, sei der große Vorteil der Anlage. „Wir können so realistische Landnutzungsszenarien und Klimaschwankungen integrieren, die heute und in Zukunft unsere Umwelt bestimmen“, sagt der Bodenökologe.ßere Erscheinung der Pflanze prägt

Harald Auge, Leiter der Arbeitsgruppe Experimentelle Ökologie von Populationen und Artengemeinschaften am UFZ. Bild Andre Künzelmann / UFZ

Einer, der seit vielen Jahren regelmäßig in der GCEF forscht, ist Harald Auge. Auf den drei Grünlandflächen analysiert der Vegetationsökologe beispielsweise, wie viel Biomasse unter den unterschiedlichen Bedingungen entstanden ist und wie sich die biologische Vielfalt seit 2015 verändert hat „Durch unsere künstliche Verschiebung des Niederschlags nimmt die Menge der Biomasse ab, allerdings deutlich geringer als wir das erwartet haben“, nennt er ein Ergebnis seiner Untersuchungen. Eine Erklärung dafür könnte die Zunahme des Niederschlags im Frühjahr sein. „Das ist die Hauptwachstumsphase. Regnet es im Sommer weniger, macht der Vegetation das dann nicht mehr so viel aus“, sagt er. Auf dem intensiv genutzten Grünland sind die Verluste an Biomasse höher als auf den extensiven Flächen. Für die Wissenschaftler ebenso unerwartet ist auch ein vorläufiger Befund zur biologischen Vielfalt: Demnach hat der Klimawandel eher einen geringeren Einfluss auf die Pflanzenvielfalt. „Wir sehen auf den extensiven Grünlandflächen eine Verschiebung des Artengefüges, aber die Summe der Arten bleibt mit über 150 Arten in etwa gleich“, sagt Auge. So würden sich auf den extensiven Flächen vor allem trockenheitsliebende regionale Arten wie die Kartäusernelke und die Gelbe Skabiose ausbreiten. Arten wie der Rotklee oder die Wiesen-Platterbse würden seltener. Für einige der im Boden lebenden unzähligen kleinen Insekten, Spinnentiere und andere Organismen fand ein Team von Martin Schädler heraus, dass diese durch das veränderte Klima weiter schrumpfen werden. So waren vor allem die von ihm untersuchten Springschwänze, die für die Nährstoffkreisläufe im Boden eine wichtige Rolle spielen, auf den Flächen mit veränderten Niederschlägen im Durchschnitt um etwa zehn Prozent kleiner als auf den Vergleichsflächen mit heutigem Klima. „Vermutlich werden sich nicht nur kleinere Arten durchsetzen, sondern auch kleinere Individuen innerhalb derselben Art", sagt Schädler.

Die GCEF gilt zwar als Herzstück der Forschungsstation aber insgesamt laufen in Bad Lauchstädt mehr als 20 Experimente unterschiedlichster Art. So geht die Bodensystemforscherin Doris Vetterlein seit 2018 im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogramms zur Rhizosphärenforschungder Frage nach, welche physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse beim Mais sich bei unterschiedlichen Bodenarten und Wurzelformen in der Rhizosphäre abspielen – also jener Zone, in der die Wurzeln unmittelbar den Boden beeinflussen. „Die Bodentextur, also die Verteilung der Korngrößen im Boden, hat einen deutlich größeren Effekt auf biologische Prozesse als wir bisher vermutet haben“, beschreibt Vetterlein erste Erkenntnisse. Die Korngrößenzusammensetzung des Substrats wirkt sich deutlich auf die Mikrobiologie, die Wurzelmorphologie und die Genexpression aus, also wie das Gen die äußere Erscheinung der Pflanze prägt.

Bild: Andre Künzelmann / UFZ

Um diesen Einfluss noch genauer zu untersuchen, widmet sich die UFZ-Forscherin seit diesem Januar der Frage, warum eine gröbere Bodenstruktur zu größeren Wurzeldurchmessern führt und wie sich das auf das Wachstum der Pflanzen auswirkt. Im Fokus steht dann auch, welche Folgen die Trockenheit für die Wurzelentwicklung hat. „Wir hatten von vier Projektjahren drei sehr trockene Jahre, und bei einer solchen Trockenheit kommt der Wurzelentwicklung eine viel größere Bedeutung zu“, erläutert Vetterlein. Ressourcen wie Wasser und Nährstoffe werden knapp und es werden weniger  organischer Substanzen umgesetzt, weil die Mikroorganismen bei Trockenheit weniger aktiv sind – die Pflanze muss also deutlich mehr in die Wurzeln investieren in Relation zur Größe des Sprosses. Dies sichert ein Überleben der Pflanze bei Trockenstress und ein Minimum an Biomasseproduktion.

Durch die spektakuläre GCEF-Infrastruktur rückt die Forschungsstation auch in den internationalen Fokus. So laufen derzeit in Bad Lauchstädt gleich vier Langzeitexperimente, bei denen rund um den Globus nach einem einheitlichen Versuchsdesign geforscht wird. Neu ist dabei seit Jahresanfang das BugNet. An mehr als 50 Standorten weltweit gehen Forscher der Frage nach, wie wirbellose Pflanzenfresser wie Heuschrecken, Käfer oder Schnecken sowie pflanzenpathogene Pilze Pflanzengemeinschaften beeinflussen. In Bad Lauchstädt haben die Pflanzenökologin Lotte Korell und der Ökologe Malte Jochum BugNet aufgebaut. Sie haben als Versuchsanordnung drei Blöcke mit je acht 5 Meter mal 5 Meter großen Flächen abgesteckt, um dort nach einem strengen Versuchsprotokoll zu beobachten und experimentieren. Dort untersuchen sie zusammen mit den anderen Wissenschaftlern weltweit, wie die Zusammensetzung von Wirbellosengemeinschaften an den unterschiedlichsten Standorten weltweit variiert und was das für Konsequenzen für die Pflanzengemeinschaften hat. „Das Tolle an den Netzwerken ist, dass sich durch das einheitliche Messprotokoll generelle Aussagen treffen lassen“, sagt Lotte Korell. Forschungsergebnisse aus Bad Lauchstädt werden so vergleichbar mit jenen von Standorten auf der ganzen Welt.

Übersicht der Experimente

Karte Bad Lauchstädt

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