Dünenökosysteme modellieren

Die in Australien heimische Acacia longifolia ist eine Akazienart, die in Portugal zunächst zur Befestigung von Dünen sowie als Zierpflanze kultiviert wurde und sich jetzt in vielen Ökosystemen weltweit unkontrolliert ausbreitet, was sich auf einheimische Arten unterschiedlich auswirkt. Da sie aufgrund einer Symbiose mit Bakterien an ihren Wurzeln Stickstoff aus der Luft nutzen kann, schnell wächst und viel Biomasse produziert, reichert sie das natürlicherweise nährstoffarme Dünenökosystem mit Stickstoff an und hat damit eine unerwünschte Düngewirkung. Außerdem nutzt sie mehr Wasser als einheimische Arten. Das Team um die Ökologinnen Prof. Dr. Christiane Werner und Christine Hellmann stellt in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Münster und Hamburg im Fachmagazin „Scientific Reports" einen neuen Ansatz vor, um zu bestimmen, inwieweit das räumliche Umfeld die Interaktion der Akazien mit anderen Pflanzen beeinflusst. Die Forscherinnen und Forscher entwickelten ein Konzept, in dem Hintergrundinformationen wie der Bodentyp, das Nährstoffangebot, Lichteinstrahlung, Wind und Bodenfeuchte mit einbezogen werden können. Solche Modelle könnten dabei helfen, das Zusammenspiel von Akazien und anderen Pflanzen besser zu verstehen und Maßnahmen zur Bekämpfung der Akazie besser zu planen.

Die Interaktionen zwischen Pflanzen und ihrer belebten und unbelebten Umwelt beeinflussen maßgeblich die Struktur und Funktion von Ökosystemen. Um die Stärke und den räumlichen Einflussbereich solcher Interaktionen zu bestimmen, nutzt das Team stabile Isotope – schwere, nicht-radioaktive Formen von Elementen. Wie oft diese in Materialien im Verhältnis zu den viel häufigeren leichten Isotopen vorkommen, kann räumlich variieren. Ein gemessenes Isotopenverhältnis kann deshalb Auskunft darüber geben, wo und wie ein Material entstanden ist.

So genannte „Isoscapes", abgeleitet von „isotope" und „landscape", stellen zudem in Karten dar, wie sich Isotope räumlich in einer Landschaft verteilen. Das Team hat Isoscapes auf Grundlage von Blattmaterial einheimischer Arten verwendet, um zu zeigen, wo der Anteil an Stickstoff, der von der Akazie eingetragen wird, hoch ist und wo die eingewanderte Art das Wachstum anderer Arten beeinflusst: positiv durch zusätzlichen Stickstoff oder negativ durch Konkurrenz um Wasser. Bisher hatte man bei Untersuchungen nur die Pflanzenarten und die Nähe der Pflanzen zu einander in Betracht gezogen. Da dies, so die Forscher, der Heterogenität eines Ökosystems nicht gerecht werde, haben sie nun andere Einflüsse, etwa fernerkundlich erhobene topografische Daten, mit einbezogen.

Aus den Ergebnissen folgt: Die Interaktion der Akazie mit einheimischen Pflanzen ist nicht nur arten-, sondern auch standortspezifisch. Um die jeweiligen Auswirkungen messbar zu machen, wird das Stickstoff-Isotopenverhältnis als so genannter Tracer verwendet. Das bedeutet, dass die Anzahl verschiedener Stickstoff-Isotope in Pflanzenblättern bestimmt wird. Das Verhältnis der Isotope gibt Auskunft darüber, woher der Stickstoff stammt, ob er also von einer Akazie eingebracht wurde oder aus dem unbeeinflussten System stammt. Das von den Forscherinnen ausgearbeitete Modell wird bisher nur auf die Acacia longifolia in Portugal angewendet, könnte in Zukunft aber auch bei anderen Pflanzen und in anderen Gegenden zum Einsatz kommen. Ziel ist, mit diesen Methoden dazu beizutragen, vielschichtige Zusammenhänge und Dynamiken in natürlichen Ökosystemen besser zu beschreiben, aufzuklären und zu verstehen.

Christiane Werner ist Professorin für Ökosystemphysiologie an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg. Ihre Mitarbeiterin Christine Hellmann forscht an der Universität Bielefeld.

Originalveröffentlichung:
Christine Hellmann, André Große-Stoltenberg, Jan Thiele, Jens Oldeland, Christiane Werner (2017): Heterogeneous environments shape invader impacts: integrating environmental, structural and functional effects by isoscapes and remote sensing. In Scientific Reports. doi: 10.1038/s41598-017-04480-4

Kontakt:
Prof. Dr. Christiane Werner
Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-8303
E-Mail: christiane.werner(at)cep.uni-freiburg.de