Jenaer Forscher zeigen, wie artenreiche Bodenmikroben den Boden zum Kohlenstoffspeicher machen

Vielleicht werden am Ende alle glücklich sein, dass das Deutsche Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) nach Leipzig, Halle und Jena gekommen ist. Denn irgendwie bündeln sich beim Thema Biodiversität eine Menge Themen, die mit dem Überleben der Menschheit zu tun haben. Mit dem Klimawandel übrigens auch. Denn es sind nicht nur Pflanzen, die das Treibhausgas Kohlendioxid binden.

Man muss auch unter die Erde gucken, haben nun Jenaer Forscher festgestellt. Auch wenn oben drüber erst einmal die Post abgeht, bei dem ganzen Zeug, das da – wenn’s nicht mit chemischer Keule bekämpft wird – grünt und blüht. Die Artenvielfalt in der Flora senkt den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre, die Pflanzen entziehen der Luft Kohlendioxid und bauen den Kohlenstoff in Biomasse ein, mit der er in den Boden gelangen und gespeichert werden kann. Nur so kommt er überhaupt aus der Luft.

Eine Langzeitstudie der Jenaer Forscher zeigt nun erstmals, wie die biologische Vielfalt der Pflanzen diese Speicherung begünstigt. Demnach erhöht Artenreichtum nicht nur die Bildung pflanzlicher Biomasse, sondern steigert auch die Aktivität und genetische Vielfalt von Bodenmikroorganismen, also all der kleinen Krabbelwesen unter der Erde. Diese wandeln den Kohlenstoff aus Pflanzen vermehrt in organische Bodensubstanz um. Das hat einen doppelten Effekt: Der Boden wird reicher und wertvoller. Und der Kohlenstoff wird so länger im Boden gebunden und nachhaltig der Atmosphäre entzogen, wo er ansonsten als Bestandteil von Treibhausgasen klimaschädlich wirkt.

An der Studie des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena war ein internationales Forscherteam beteiligt, dem auch Prof. Nico Eisenhauer vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) angehört.

In der Schilderung dieser wichtigen Entdeckung werden die Forscher geradezu schwärmerisch: “Die Vielzahl unterschiedlicher Arten in einem Ökosystem erfreut nicht nur den Naturliebhaber. Sie hält das jeweilige Ökosystem auch stabil und bestimmt dessen Eigenschaften und Funktionen in und mit der Umgebung. So spielen Ökosysteme, in denen Pflanzen dominieren, eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoff-Kreislauf: Durch Photosynthese wandeln Gräser, Bäume und andere Gewächse atmosphärisches Kohlendioxid in pflanzliche Biomasse um. Der Kohlenstoff, den sie auf diese Weise binden, gelangt dann, über Pflanzenreste oder Wurzelausscheidungen, als organische Substanz weiter in den Boden und kann dort gespeichert werden. Dass eine große Pflanzenvielfalt die Speicherung im Boden fördert, belegten exemplarisch bereits frühere Studien.”

Aber der Mechanismus dahinter war bisher eher unklar.

Über das “Jena-Experiment” haben wir an dieser Stelle schon mehrfach berichtet. Das bietet so nebenbei auch eine gute Forschungsgrundlage für die Kohlenstoffbindung im Humus und die Frage, warum Ökosysteme mit großem Artenreichtum mehr Kohlenstoff binden als solche mit geringer Diversität.

Das untersuchte nun ein internationales Forscherteam um Prof. Gerd Gleixner und Dr. Markus Lange, die beide am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena forschen, auf den Versuchsflächen des „Jena Experiments“. In diesem Langzeitexperiment, das die Max-Planck-Forscher gemeinsam mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena betreiben, untersuchen Wissenschaftler den Einfluss der Biodiversität unter anderem auf Stoffflüsse in der Natur.

Das Forscherteam verglich nun Wiesenflächen unterschiedlicher Artenvielfalt miteinander, die über neun Jahre lang gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt waren. Die Wissenschaftler konnten auch nachweisen, dass artenreiche Wiesen im Gegensatz zu artenarmen den Mikroorganismen im Boden mehr Nahrung und Rohstoffe zur Verfügung stellen und gleichzeitig günstigere Umweltbedingungen bieten. Auch der Mechanismus, der einer erhöhten Kohlenstoffspeicherung in artenreichen Pflanzengemeinschaften zu Grunde liegt, konnte von den Experten identifiziert werden.

„Höhere Mengen an Wurzelausscheidungen unterstützen eine vielfältige und aktive mikrobielle Gemeinschaft im Boden, welche Pflanzenstoffe in mikrobielle Produkte umwandeln, die dann im Boden angereichert werden“, erklärt Prof. Nico Eisenhauer, Mitautor der Studie.

Nur der Mechanismus war noch nicht ganz klar: Wird der Kohlenstoff nun im Boden weiter abgebaut und umgesetzt? Und wenn ja, zu was? Was machen die Bodenorganismen damit?

Die kleine Überraschung für die Forscher: Die erhöhte mikrobielle Aktivität führte unerwarteter Weise jedoch nicht zum Verlust kohlenstoffhaltiger Substanz im Boden, es fand also kein verstärkter Abbau statt. Im Gegenteil: Die mikrobielle Gemeinschaft fügte dem Boden mehr Kohlenstoff hinzu, weil sie mehr pflanzliche Biomasse umwandelte.

„Der Stoffwechsel der Mikroorganismen scheint bei hoher Biodiversität zugunsten des Stoffaufbaus verschoben zu sein“, interpretiert Lange den Befund. Hinzu kommt, dass dieser „mikrobielle“ Kohlenstoff länger im Boden gespeichert wird, wie sowohl die Altersbestimmung der Kohlenstoffmoleküle im Boden anhand natürlicher Isotope als auch die Modellierung des Kohlenstoffflusses ergaben. Die Studie zeigt damit erstmalig, dass eine hohe Pflanzen-Diversität zu einer längerfristigen Kohlenstoffspeicherung im Boden führt, weil sie eine vielfältigere Zusammensetzung und größere Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft zur Folge hat.

Der größere Artenreichtum über der Erde spiegelt sich auch in einem größeren Artenreichtum unter der Erde.

Aber ob die Jenaer Erkenntnisse noch rechtzeitig das Bewusstsein der Verantwortlichen erreichen, ist eher fraglich. Auch das iDiV setzt lieber ein Fragezeichen unter die Meldung, was die Hoffnung betrifft, die Menschheit könnte noch das Ruder herumreißen: “Global betrachtet sind pflanzenreiche Ökosysteme besonders wichtig, um Kohlendioxid aus der Luft zu speichern, welches ansonsten als Treibhausgas die Erderwärmung fördert. Deren Biodiversität wird jedoch durch den Klimawandel und die zunehmende Nutzung der Landflächen stetig verringert, bis hin zum globalen Rückgang und dem Verlust von Arten.”

Und Prof. Gerd Gleixner, Leiter der Studie: “Unsere Erkenntnisse unterstreichen daher einmal mehr die Bedeutung der Biodiversität für wichtige Ökosystemfunktionen wie die Kohlenstoffspeicherung. Der Erhalt einer hohen biologischen Vielfalt wirkt letztlich der zunehmenden Anreicherung des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre, und somit dem Klimawandel, nachhaltig entgegen.“

Wenn er damit schon mal die Ohren der drei mitteldeutschen Umweltminister erreichen könnte, wäre schon was gewonnen.