Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert

Detaillierte globale Karten von Schlüsselmerkmalen des Pflanzenwachstums zeigen eine große lokale Diversität. Deren Berücksichtigung in Erdsystemmodellen sollte zu verbesserten Vegetations- und Klimadarstellungen führen sowie künftige Berechnungen des Kohlenstoffkreislaufs verbessern. Insgesamt wirft die große lokale Vielfalt ein neues Licht auf die Bedeutung der Biodiversität als Voraussetzung für die Stabilität von Ökosystemen, besonders vor dem Hintergrund von Umwelt- und Klimaänderungen.

Pflanzen brauchen für ihr Wachstum unter anderem genügend Nährstoffe sowie Licht für die Photosynthese. Der Stickstoff- und Phosphorgehalt von Blättern und die photosynthetisch aktive Blattfläche (pro Blattgewicht) sind daher wichtige Schlüsselmerkmale des Pflanzenwachstums, die unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. Für höhere Pflanzen konnten solche Schlüsselmerkmale nun von einem internationalen Wissenschaftler-Team in globalen Karten zusammengeführt werden.

Die Studie wurde im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht, unter Mitwirkung von Dr. Jens Kattge, Prof. Dr. Christian Wirth und Dr. Gerhard Bönisch vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC, Jena) und vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv).

Die Wissenschaftler nutzten Messungen von 45.000 Einzelpflanzen aus 3680 Arten, die sie mit auf-wändigen statistischen Verfahren in detaillierte Karten übertrugen. Mit mehr als 50.000 Pixeln Auf-lösung zeigen die Karten erstmals, wie stark sich die Ausprägung der Pflanzenwachstums-Merkmale in einzelnen Regionen unterscheiden kann. “Die spärlichen Feldbeobachtungen waren bis vor kurzem das größte Hindernis für die Erstellung globaler Karten von Pflanzeneigenschaften” sagt Jens Kattge, Gruppenleiter am MPI für Biogeochemie. “Mit der TRY-Datenbank konnten wir diese Hürde überspringen und einen wesentlichen Fortschritt bei der Kartierung von Pflanzenmerkmalen erzielen.” Die TRY-Initiative, beheimatet am Max-Planck-Institut für Biogeochemie, vereinigt in sich alle wesentlichen Datenbanken über Eigenschaften weltweit erfasster Pflanzen und ist daher um ein Vielfaches umfangreicher als alle bisherigen Vorgänger.

Da die in der Studie erfassten Pflanzenmerkmale für die Photosynthese und das Wachstum ent-scheidend sind, werden sie auch in Erdsystemmodellen verwendet. „Bisherige Klimamodelle beschreiben diese Variationen in den Pflanzeneigenschaften durch wenige fixe Parameter.“ erklärt Christian Wirth, Leiter der Forschergruppe am MPI-BGC, Professor an der Universität Leipzig und Direktor von iDiv. „Einzelne Modelle können so vereinfacht sein, dass die Eigenschaften von Blättern im Amazonas-Regenwald und von Blättern in Alaska als identisch ansehen. Unsere Karten zeigen erstmals die große lokale Funktionsvielfalt unterschiedlicher Gebiete, die man nicht ignorieren sollte. Wir hoffen mit unseren Ergebnissen zur nächsten Generation von Klimamodellen beizutragen, um dann auch den Kohlenstoffkreislauf besser zu beschreiben.“

Die globalen Karten wurden mit Hilfe des BACI-Projekts entwickelt, finanziert durch die Europäische Kommission im H2020 Programm. Im BACI-Projekt, koordiniert am MPI-BGC, werden Satellitenbe-obachtungen des Erdsystems mit Freilandmessungen kombiniert, um global Änderungen der Öko-systeme zu erfassen. Jens Kattge hebt hervor: „Die globalen Karten der Pflanzenmerkmale ergänzen das reichhaltige Portfolio von Satellitendaten, die im BACI-Projekt vereinigt werden. Parallel zu den Ergebnissen der Klimamodelle werden diese Beobachtungen dazu beitragen, die Ökosystemfunktionen im Erdsystem besser zu beschreiben und zu verstehen.“