Dünger bringt global das Gleichgewicht von Wiesen und Weiden ins Wanken

Düngemittel steigern zwar kurzzeitig den Ertrag, schwächen aber langfristig den stabilisierenden Effekt der Artenvielfalt auf Ökosysteme. Das zeigt eine internationale Studie unter der Leitung eines Ökologen des Instituts für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich. Erstmals wurden dazu umfassende Daten von natürlichen Standorten auf allen fünf Kontinenten erhoben. 

Dünger hat einen negativen Einfluss auf die Ökosysteme von Wiesen und Weiden der Erde. Er destabilisiert diese, absichtlich eingebracht oder unabsichtlich als Nebenprodukt aus Industrie und Landwirtschaft, global. Das zeigt ein internationales Forschungsteam um Yann Hautier vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich mit Daten aus einem einzigartigen weltweiten Netzwerk von Forschungsstandorten, dem so genannten «Nutrient Network». Die Studie ist das erste Experiment in dieser Grössenordnung, das natürliche Ökosysteme auf allen fünf Kontinenten einbezieht. Bisherige Experimente wurden hauptsächlich in künstlichen Systemen im Gewächshaus oder Versuchsgarten durchgeführt.

«Unsere Resultate sind den Ergebnissen aus Studien in künstlichen Systemen ähnlich. Das weist daraufhin, dass sich anhand künstlicher Systeme die Entwicklung von natürlichen Wiesen und Weiden prognostizieren lässt», erläutert Studienleiter Yann Hautier, derzeit Marie Curie Fellow an der University of Minnesota. Die Studie, an der aus der Schweiz auch Anita Risch und Martin Schütz von der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL beteiligt sind, ist nun im Wissenschaftsjournal «Nature» publiziert.

Eintrag von Stickstoff synchronisiert das Pflanzenwachstum

Die Forschenden fanden heraus, dass artenreiche Ökosysteme viel weniger stark auf sich verändernde Umweltbedingungen reagieren als artenarme – und damit langfristig stabiler bleiben. Verantwortlich dafür ist das sogenannte asynchrone Wachstum der Pflanzen: Wächst unter gewissen Bedingungen eine Art weniger gut, kompensiert eine andere Art den Verlust mit besserem Wachstum. Das ist vergleichbar mit dem «Portfolio-Effekt», wie er aus der Wirtschaft bekannt ist: Verteilt man seine Investitionen auf mehrere Anlagen, wird die Reaktion auf die Bewegungen in der Gesamtwirtschaft ausgeglichener erfolgen, als wenn man nur auf wenige Anlagen setzt.

Gleichzeitig zeigt die Studie, dass sich die Vielfalt und Stabilität in Wiesen und Weiden verringert, wenn Dünger zugegeben wird. Düngemittel werden absichtlich eingesetzt, um die Produktivität von Nahrungs- und Futtermitteln zu erhöhen. Sie gelangen aber auch unabsichtlich in den Stoffkreislauf, da Stickstoff durch die Landwirtschaft, Industrie und die Verbrennung von fossilen Brennstoffen in die Atmosphäre gelangt und über die Niederschläge auf Wiesen und Weiden fällt. Dort verändern sich dadurch das Wachstum und die Vielfalt der Pflanzenarten: Je mehr Nährstoffe in das System gelangen, desto stärker geht der stabilisierende Effekt der Artenvielfalt verloren und das Ökosystem kann aus dem Gleichgewicht geraten.

Der Grund dafür ist gemäss Autorenschaft der Verlust des «Portfolio-Effekts», da durch den Nährstoff-Eintrag weniger Arten wachsen und diese gleich, also synchron, auf Umweltveränderungen reagieren. Die Studie zeigt die Effekte von Diversität und Düngung auf die Stabilität von Ökosystemen auf: «Man sollte nicht nur berücksichtigen, wie produktiv Ökosysteme im Moment sind, sondern auch wie stabil sie langfristig sein werden. Die biologische Vielfalt ist dabei entscheidend, wenn die Stabilität von Ökosystemen langfristig erhalten werden soll», erklärt Martin Schütz von der WSL.

Literatur:

Yann Hautier, Eric W. Seabloom, Elizabeth T. Borer et al. Europhication weakens stabilizing effects of diversity in natural grasslands. Nature, February 16, 2014. Doi: 10.1038/nature13014

Einzigartiger Forschungsansatz mit «Nutrient Network»

nullnullDas «Nutrient Network» wurde entwickelt, um die Methoden der ökologischen Forschung zu standardisieren. «Nutrient Network» wird von Wissenschaftlern unterstützt, die ihre Zeit und Ressourcen ehrenamtlich zur Verfügung stellen. Inzwischen werden weltweit 75 Standorte von mehr als 100 Wissenschaftlern betreut. Für die vorliegende Studie wurden drei Jahre lang Daten an 41 Standorten auf fünf Kontinenten gesammelt. Auf dieser Basis lassen sich globale Folgerungen ziehen, Anwendungen ableiten und allgemeine Effekte beschreiben. Ziel ist es, die Experimente für mindestens zehn Jahre fortzuführen, um langfristige Tendenzen in Bezug auf die Pflanzenvielfalt, Stabilität des Ökosystems, Artensterben, Einwanderung invasiver Arten und andere Veränderungen auf den Wiesen und Weiden der Welt abschätzen zu können.null