Nährstoffmangel bleibt ohne drastische Folgen für Kohlenstoffbilanz

01.12.2015

Victor Brovkin, Professor der Universität Hamburg und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), und Daniel Goll kommentieren in Nature Geoscience einen kürzlich erschienenen Artikel von Wieder et al. (2015).

Diese Palme wächst auf nährstoffarmem Boden. Sie fängt Blätterabfall zwischen ihren Stämmen und gelangt so an Nährstoffe.

Wieder et al. argumentieren, dass die für das CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) benutzten Klimamodelle die Kohlendioxidaufnahme durch Landökosysteme deutlich überschätzen. Diese Modelle würden den Bedarf der Pflanzen an Nährstoffen vernachlässigen. Darüber hinaus schlussfolgern sie, dass der Mangel an Pflanzennährstoffen im 21. Jahrhundert das Landökosystem von einer Kohlendioxidsenke zukünftig zu einer großen Kohlendioxidquelle werden lassen könnte. Diese Schlussfolgerung zweifeln Brovkin und Goll an, da mehrere Prozesse, die die Verfügbarkeit von Nährstoffen erhöhen könnten, in der Abschätzung nicht berücksichtigt wurden.

Hintergrund ist, dass die steigenden Kohlendioxidkonzentrationen und die globale Erwärmung sich aller Wahrscheinlichkeit nach merklich auf die Produktivität von Ökosystemen auswirken werden. Vor allem wird erwartet, dass sich die erhöhte Verfügbarkeit von Kohlendioxid positiv auf das Wachstum von Pflanzen und dadurch auf die Kohlenstoffaufnahme auswirkt. Die meisten Modelle, welche für die Berechnung dieser Auswirkungen benutzt werden, wie z.B. die CMIP5-Modelle, berücksichtigen jedoch nicht, dass Pflanzen Nährstoffe für ihr Wachstum benötigen.

Wieder et al. nehmen an, dass durch die globale Erwärmung die Freisetzung von Kohlendioxid beim Abbau von organischem Material beschleunigt wird, die Freisetzung von den im organischen Material gebundenen Nährstoffen jedoch nicht beeinflusst wird. Dadurch wird die Verfügbarkeit von Nährstoffen niedrig gehalten, während der Effekt der globalen Erwärmung auf die Landkohlenstoffverluste maximiert wird. Jedoch steht diese Annahme laut Brovkin und Goll im Widerspruch zu Experimenten, in denen die Bodentemperatur für mehrere Jahre künstlich erhöht wurde. Diese Experimente zeigen, dass durch die Erwärmung vermehrt Nährstoffe freigesetzt werden und dadurch das Pflanzenwachstum stimuliert wird. Dieses erhöhte Wachstum konnte die Verluste von Kohlenstoff durch den erhöhten Abbau von organischem Material sogar ausgleichen.

Alarmierende Botschaften sollten nicht auf unsicheren Annahmen beruhen

Änderungen in der Mineralisierung sind eine große Quelle der Unsicherheit für die Menge der Nährstoffe, die für die Bildung neuer Biomasse verfügbar sind – ebenso wie weitere Prozesse, die die Regenerierung von Nährstoffen bestimmen.  Wieder et al. nehmen an, dass alleinig Phosphor, das durch die Verwitterung von Gestein freigesetzt wird und durch atmosphärische Quellen in Ökosysteme eingetragen wird, für eine Zunahme von Biomasse im Landökosystem zur Verfügung steht. Beobachtungen zeigen aber, dass diese Quellen von Phosphor eine untergeordnete Rolle für die Ernährung der Pflanzen spielen. Es ist deshalb problematisch, Veränderungen in den eigentlichen Quellen von Phosphor, z. B. durch Umverteilung von mineralischem Phosphor im Boden, nicht zu berücksichtigen.

Momentan nehmen Landökosysteme ein Viertel der Kohlendioxidemissionen auf. Eine potentielle Kehrtwende von der Aufnahme zur Abgabe von Kohlendioxid durch Landökosysteme stellt deshalb eine alarmierende Botschaft an die politischen Entscheidungsträger dar. Sie sollte daher nicht auf unsicheren Annahmen über die Auswirkung von erhöhten Temperaturen auf die Nährstoffverfügbarkeit und auf extremen Erwärmungsszenarien beruhen.


Publikationen:

Brovkin, V., and D. Goll (2015): Land unlikely to become large carbon source. Nature Geoscience, 8, 893, doi:10.1038/ngeo2598
Wieder, W.R., C.C. Cleveland, W.K. Smith, and K. Todd-brown (2015): Future productivity and carbon storage limited by terrestrial nutrient availability. Nature Geoscience, 8, 441–444, doi:10.1038/ngeo2413
Goll, D. S., Brovkin, V., Parida, B. R., Reick, C. H., Kattge, J., Reich, P. B., van Bodegom, P. M., Niinemets, Ü (2012).: Nutrient limitation reduces land carbon uptake in simulations with a model of combined carbon, nitrogen and phosphorus cycling, Biogeosciences, 9, 3547-3569. doi:10.5194/bg-9-3547-2012

Kontakt:
Prof. Dr. Victor Brovkin, Universität Hamburg
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 339
E-Mail: victor.brovkindummy@mpimet.mpgdummy2.de