Dürrejahre machen Kiefernwald zur CO₂-Quelle

Mithilfe von Satelliten- und Klimadaten sowie ökophysiologischen Messungen belegten die Forschenden, dass die Dürrejahre ab 2018 zu einer strukturellen Veränderung des untersuchten Waldökosystems führten: Laubbaumarten ersetzen zunehmend die ursprünglich dominanten Waldkiefern. Zudem konnte der Wald kein CO₂ aus der Atmosphäre mehr binden, sondern begann, selbst CO₂ abzugeben. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift „Plant Biology“ veröffentlicht.

„Unsere Daten zeigen, dass sich der Wald durch die wiederkehrenden Hitzewellen und Dürren seit 2018 fundamental verändert und einen Kipppunkt überschritten hat. Er ist von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle geworden“, sagt Dr. Simon Haberstroh, Erstautor der Studie und akademischer Rat an der Professur für Ökosystemphysiologie der Universität Freiburg. „Grund für diesen Wandel ist vor allem das massive Absterben der Kiefern. Zwar werden die Kiefern langsam von Laubbäumen ersetzt, doch das kann die negative CO₂-Bilanz noch nicht kompensieren.“

Die Studie basiert auf Daten des Forschungswaldes Hartheim in der Oberrheinebene, an dem Forschende der Universität Freiburg seit Jahrzehnten Umwelt- und Klimadaten erheben. Der Versuchswald ist Teil der europäischen Forschungsinfrastruktur ICOS (Integrated Carbon Observation System), zu welcher die Freiburger Forschenden langfristig beitragen und damit wichtige Daten für die Klimaforschung liefern. Die Langzeitbeobachtung ermöglichte es den Forschenden, Daten aus der Zeit vor der Dürreperiode (2003–2006) mit den Jahren danach (2019–2023) zu vergleichen.

Bei der Untersuchung arbeiteten Forschende der Professuren für Ökosystemphysiologie und für Umweltmeteorologie eng zusammen. Das erlaubte es dem Team, verschiedenartige Messungen zu kombinieren: ökophysiologische Daten wie den Wasserfluss in Bäumen („Saftfluss“), Fernerkundungsdaten zur Vegetationsvitalität (Enhanced Vegetation Index, EVI), sowie mikrometeorologische Messungen des Kohlenstoffaustauschs zwischen Wald und Atmosphäre (Net Ecosystem Carbon Exchange, NEE).

Die Forschenden konnten zeigen, dass der Wald zwischen 2003 und 2006 im Schnitt 391 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr aufnahm. Mit der Hitze- und Dürreperiode ab 2018 wurde die CO₂-Bilanz jedoch neutral bis negativ. „Wenn dieser in Hartheim beobachtete Effekt großflächig auftritt, würden wir die Funktion der Wälder verlieren, menschgemachte CO₂-Emissionen teilweise zu binden und die Klimawirkung unserer Emissionen abzuschwächen. Stattdessen würde das den Klimawandel weiter beschleunigen“, erklärt Prof. Dr. Andreas Christen, Ko-Autor der Studie und Leiter der Professur für Umweltmeteorologie an der Universität Freiburg. Im nassen und kühlen Jahr 2021 verhielt sich das Ökosystem nahezu kohlenstoffneutral mit einer CO₂-Abgabe von 13 Gramm pro Quadratmeter. In den trockeneren und heißeren Jahren 2019, 2020, 2022 und 2023 verwandelte sich das Ökosystem hingegen in eine Kohlenstoffquelle, mit einem Höchstwert von 329 Gramm abgegebenem Kohlenstoff pro Quadratmeter im Hitzejahr 2022. Als Ursache dafür identifizierten die Forschenden massive Schäden an den Waldkiefern (Pinus sylvestris), von denen bis 2023 über 60 % abgestorben waren. Die überlebenden Kiefern zeigten einen stark verringerten Wassertransport. An ihre Stelle traten zunehmend Laubbäume wie die Hainbuche (Carpinus betulus), die Linde (Tilia spp.) oder die Buche (Fagus sylvatica).

„Die Verschiebung von Nadel- zu Laubwald führt jedoch nicht automatisch zu einer Erholung von Waldökosystemen“, erklärt Prof. Dr. Christiane Werner, Letztautorin der Studie und Professorin für Ökosystemphysiologie an der Universität Freiburg. „Wir dürfen die Resilienz unserer Wälder gegenüber Klimastress nicht überschätzen und brauchen mehr Forschung, um die Veränderungen und Schädigungen von Waldökosystemen durch den Klimawandel zu verstehen.“