Der Klimawandel verschärft die Dürren im Amazonasgebiet. Daher müssen wir dringend verstehen, wie Waldökosysteme darauf reagieren. Dabei geht es nicht nur um das Überleben der Bäume, sondern auch um die unsichtbaren chemischen Prozesse, die die Bodenfunktionen aufrechterhalten.
Um dies zu untersuchen, haben Frederik Lange und seine Kolleg*innen sogenannte weißsandige Wälder unter die Lupe genommen. Dieser Waldtyp zeichnet sich durch weiße, sandige Böden mit niedriger, buschiger Vegetation aus. Weißsandige Wälder machen nur 5 % der Ökosysteme des Amazonas-Regenwaldes aus. Sie spielen jedoch eine überproportional große Rolle bei der Einbringung von Kohlenstoff in die wichtigen Schwarzwasserflüsse der Region. Diese Flüsse werden als Schwarzwasserflüsse bezeichnet, da sie große Mengen an organischem Material transportieren, was ihnen ihre dunkle Färbung verleiht. Sie befördern Kohlenstoff und Nährstoffe in Richtung der Küste und tragen letztlich zur Düngung des Atlantischen Ozeans bei. Wissenschaftler gehen davon aus, dass Dürren die Produktion und den Abtransport von organischem Material aus den Böden der weißsandigen Wälder verändern werden, was Folgen für die Fluss- und Meeresökosysteme hat, die auf dieses Material als Nahrungs- und Energiequelle angewiesen sind.
Gelöstes organisches Material in den Böden der weißsandigen Wälder hat mehrere wichtige Quellen:
- die Zersetzung von pflanzlichem Streu an der Oberfläche (zum Beispiel abgestorbene Blätter)
- den Abbau von organischem Material in tieferen Bodenschichten
- sowie die Freisetzung von Verbindungen durch Pflanzenwurzeln.
Zu diesen Quellen kommt eine Vielzahl von Verbindungen hinzu, die Pflanzen und Mikroorganismen als Reaktion auf Stress produzieren, beispielsweise während einer Dürre. Die molekulare Zusammensetzung der gelösten organischen Substanz spiegelt diese verschiedenen Quellen und Stressreaktionen wider. Daher kann sie Aufschluss darüber geben, welche Prozesse durch Dürre gestört werden und wie stark Organismen davon betroffen sind. Für weißsandige Wälder im Amazonasgebiet wurde dies bisher noch nicht untersucht.
© Frederik Lange/MPI-BGC
Um diese Lücke zu schließen, sammelte das Team über einen Zeitraum von zwei Jahren Bodenwasser an zwei Standorten mit weißen Sandwäldern im zentralen Amazonasgebiet. Anschließend analysierten sie Tausende einzelner organischer Verbindungen – wobei sie ein Jahr mit mäßiger und ein Jahr mit extremer Dürre im Rahmen des El-Niño-Phänomens erfassten. Sie stellten fest, dass Dürre die Herkunft des Bodenkohlenstoffs grundlegend verändert. Die Einträge aus zersetzender Laubstreu brachen ein, während die Anteile aus tiefer liegender organischer Bodensubstanz, Pflanzenwurzeln und Dürrestressverbindungen erheblich zunahmen. Die Böden der weißsandigen Wälder sind bereits heute extrem nährstoffarm. Diese Verlagerung von oberirdischen zu unterirdischen Quellen könnte die Ressourcen bei wiederholten extremen Dürreereignissen weiter erschöpfen.
Zudem stieg unter extremer Dürre die Konzentration stressbedingter Verbindungen drastisch an. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass Pflanzen und Mikroorganismen Schwierigkeiten hatten, damit zurechtzukommen. Es deutet auf eine starke Belastung des Ökosystems unter extremer Dürre hin, die das gesunde Funktionieren der Weißsandwälder gefährdet. Wichtig ist, dass diese Verschiebungen deterministischen Mustern folgten, was darauf hindeutet, dass künftige Dürren ähnliche – und möglicherweise stärkere – Reaktionen auslösen werden.
Dies hat zwei praktische Implikationen. Erstens könnten Forschende anhand der molekularen Zusammensetzung des Bodenwassers ein Frühwarnsystem für Ökosystemstress in weißsandigen Wäldern entwickeln. Zweitens könnten unter den Bedingungen des künftigen Klimawandels wiederholte, durch Dürre verursachte Störungen des Kohlenstoff- und Nährstoffkreislaufs deren Funktionieren sowie ihre Fähigkeit, die von ihnen abhängigen Schwarzwasserflüsse und regionalen Kohlenstoffflüsse aufrechtzuerhalten, zunehmend untergraben.
Lange et al. veröffentlichten die Studie “Drought shifts dissolved organic matter sources from above- to belowground and stress-induced processes in Amazon white-sand forests” als Open-Access-Artikel in der Fachzeitschrift Biogeochemistry.
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