Um die Effekte des Klimawandels unter realitätsnahen Bedingungen nachzustellen, nutzten die Forschenden Boden-Pflanze-Mesokosmen. Diese Miniaturökosysteme bestehen aus Modulen, die Bodenproben enthalten. Indem die Mesokosmen entlang eines Höhengradienten von höher gelegenen, kühleren Standorten zu niedriger gelegenen, wärmeren Standorten verlagert werden, simulierten die Wissenschaftler den Klimawandel. Dadurch bildeten sie eine Erwärmung von bis zu 3 Grad Celsius nach, abhängig von der Differenz in der Höhenlage zwischen den ursprünglichen und den neuen Standorten.

Langfristige Auswirkungen auf alpine Graslandökosysteme verstehen
„Die detaillierte Untersuchung der Bodenreaktionen auf Klimaveränderungen hilft uns, die langfristigen Auswirkungen auf alpine Graslandökosysteme besser zu verstehen“, sagt die Bodenforscherin Noelia Garcia-Franco. Die Untersuchung fand auf verschiedenen Flächen in den bayerischen Landkreisen Weilheim-Schongau und Garmisch-Partenkirchen statt. Die Mesokosmen wurden je zur Hälfte intensiv oder extensiv bewirtschaftet, das heisst sie wurden beispielsweise unterschiedlich häufig gemäht und mit Gülle gedüngt. Nach vier Jahren wurden Bodenproben entnommen.

Humusgehalt, Bodenstruktur und Nährstoffspeicher gehen stark zurück
Die Ergebnisse zeigen: Durch die Temperaturerhöhung von 2 und 3 Grad ging der Humusgehalt rapide und stark zurück, wobei der Rückgang bei extensivem Management noch stärker ausgeprägt war. Unter extensiver Bewirtschaftung verlor der Boden bei 3 Grad Temperaturerhöhung 22 % an Humus, 14 % bei 2 Grad. Bei intensiver Bewirtschaftung betrug der Humustverlust unter diesen Bedingungen 11 %. Die intensivere organische Düngung konnte den Verlust organischer Masse teilweise kompensieren.

Insgesamt beeinträchtigt die erhöhte Temperatur die Bodenstruktur erheblich. Die Erdklumpen, aus denen der Boden besteht, werden destabilisiert und als Folge wird die organische Bodensubstanz immer stärker abgebaut. „Die Grösse der Bodenklumpen könnte ein Frühwarnsignal für den drohenden Verlust von Humus und Bodenstruktur sein“, sagt Garcia-Franco. Ebenso beobachteten die Forschenden, dass die Bodenvorräte des wichtigen Pflanzennährstoffs Stickstoffs zurückgingen.

Bedeutende Kohlenstoffspeicher bedroht
Insbesondere in zentral- und nordeuropäischen Bergregionen schreitet der Klimawandel schneller voran als in anderen Gebieten. So stieg die durchschnittliche Jahrestemperatur in den europäischen Alpen seit den 1980er Jahren um zwei Grad. Die besondere Kombination aus hohen Niederschlägen und niedriger Durchschnittstemperatur führt dazu, dass die Böden dort besonders viel Kohlenstoff als Humus speichern. Grasland im Alpen- und Voralpenraum ist eines der grössten Reservoirs von bodengebundenem organischem Kohlenstoff in Zentraleuropa.

Höhere Temperaturen steigern jedoch die Aktivität der Mikroorganismen im Boden, insbesondere in den Wintermonaten. Humus wird dadurch schneller abgebaut und als CO2 freigesetzt. Bergwiesen erfüllen wichtige ökonomische und ökologische Funktionen: Sie produzieren grosse Mengen hochwertiges Tierfutter und spielen eine wesentliche Rolle dabei, Wasser und Nährstoffe zu speichern sowie eine hohe Vielfalt an Pflanzen und Bodenorganismen zu erhalten. Der Klimawandel könnte diese Funktionen langfristig beeinträchtigen.

Zusammenarbeit
Die Studie wurde gemeinsam von Tum, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften, Universität Hohenheim, Universität Bayreuth, dem Landwirtschaftlichen Zentrum Baden-Württemberg Aulendorf, dem Helmholtz Zentrum München sowie dem Karlsruher Institut für Technologie durchgeführt.

Publikation
Garcia-Franco, Noelia; Wiesmeier, Martin; Buness, Vincent; Berauer, Bernd J.; Schuchardt, Max A.; Jentsch, Anke; Schlingmann, Marcus; Andrade-Linares, Diana; Wolf, Benjamin; Kiese, Ralf; Dannenmann, Michael; Kögel-Knabner, Ingrid. (2024). Rapid loss of organic carbon and soil structure in mountainous grassland topsoils induced by simulated climate change >>. Geoderma, 442, Art.-Nr.: 116807.

Text: Technische Universität München (Tum)