In einem riesigen Freilandlabor im subtropischen China untersuchen Wissenschaftler, wie Artenvielfalt, Holzertrag und andere Funktionen eines Waldes zusammenhängen.
Wenzel Kröber, Doktorand am Institut für Biologie und Geobotanik der Universität Halle, genießt die Morgenluft, die noch wunderbar frisch ist. Nebelverhangene, sattgrüne Bergketten im Hintergrund. Saftige Reisfelder im Tal. Friedlich und geruhsam ist es früh um halb sechs in Xingangshan, 500 Kilometer westlich von Shanghai.
Vor dem Forscher erstreckt sich eine Hügellandschaft mit unzähligen kleinen Bäumen, die im Morgentau glitzern. Kröbers momentaner Arbeitsplatz ist das größte Freilandlabor für Biodiversität der Welt. Doch auf den ersten Blick erscheint die Natur hier stark dezimiert. Ähnlich einer überdimensionalen Baumschule fädeln sich in schier endlosen Reihen Bäumchen die steilen Hänge hinauf und hinunter. Unvorstellbar, dass hier einmal ein undurchdringlicher subtropischer Regenwald wuchs. Schon vor langer Zeit ist er dem wirtschaftlichen Aufschwung Chinas zum Opfer gefallen.
Doch es geht nicht darum, Bäume für die Forstwirtschaft zu züchten. Vielmehr haben hier über 40 Wissenschaftler aus Deutschland, der Schweiz und China das „Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China (BEF-China)” initiiert. Dem Kenner erschließt sich bei genauerer Betrachtung der Bäumchen eine große Vielfalt heimischer Baum- und Straucharten: Waschnussbaum (Sapindus mukorossi), chinesischer Tupelobaum (Nyssa sinensis), taiwanesischer Amberbaum (Liquidambar formosana) und wie sie alle heißen. Insgesamt sind es fast eine halbe Mil- lion Bäume und Sträucher aus 42 chinesischen Pflanzenarten, die in logistischer Meisterleistung per Hand gepflanzt wurden.
Langsam entstehen hier seit 2008 in einem für einen Forschungsversuch riesigen Gebiet von 50 Fußballfeldern 566 Wälder im Miniaturformat. Wäldchen, die sich sowohl in ihrer Zusammensetzung als auch in ihrer Zahl an Baumarten unterscheiden.
Das Henne-oder-Ei-Problem
Wenzel Kröber und seine Kollegen versuchen, mit ihren Studien eine grundlegende Frage der Biodiversitätsforschung zu beantworten: Was war zuerst da, die Henne oder das Ei? Henne und Ei sind für die Forscher Artenvielfalt und Leistungsfähigkeit des Ökosystems Wald. Es soll geklärt werden, was sich seit Charles Darwin Generationen von Forschern fragen: Gab es zuerst die große biologische Vielfalt oder die große Produktivität der Wälder? Führen also mehr Bäume pro Fläche zu einer größeren Artenvielfalt – oder beeinflusst umgekehrt die biologische Vielfalt das Wachstum der Bäume?
Denn bei einer bestimmten Zahl unterschiedlicher Baumarten zeigen die Bäume ein bestimmtes Wachstum. Dieses Wachstum könnte stärker sein, wenn die Vielfalt der Bäume größer ist – oder niedriger, wenn es weniger unterschiedliche Bäume gibt. „Es könnte aber auch umgekehrt sein”, meint Kröber. „Die Produktivität könnte die Artenvielfalt des Waldes bestimmen. Das hieße, dass nur in Wäldern, die an Standorten mit guten Bedingungen für große Produktivität stehen, eine große Artenvielfalt möglich ist.”
Um diese Frage beantworten zu können, wollen die Forscher die Mechanismen von Waldökosystemen in jeder ihrer Entwicklungsstufen verstehen. Es geht um die komplexen Zusammenhänge zwischen der biologischen Vielfalt der Gene, der Arten, ihrer Wechselbeziehungen und den Funktionen eines Ökosystems. Das lässt sich nur schwer in einem natürlichen Wald untersuchen. Denn dort schwanken die Licht-, Wasser- und Bodenbedingungen je nach Standort. Dadurch ist kaum zu entscheiden, ob ein Baum sein gutes Wachstum der Vielfalt seiner Nachbarn zu verdanken hat – oder nur seinem zufällig günstigen Standort, an dem er optimal mit Licht, Wasser und Nährstoffen versorgt wird. Hier in den experimentell entstehenden kleinen Wäldern kann dagegen der direkte Einfluss der biologischen Vielfalt auf die Funktionen des Waldes untersucht werden.
Los geht’s mit Wäldchen A 28
Kröber sieht auf seinen Plan mit unzähligen bunten Quadraten, versehen mit Buchstaben und Nummern. „Heute müssen wir in fünf Versuchswäldchen. Los geht’s mit Wäldchen A 28.” Voller Tatendrang schlängelt er sich durch die Baumreihen.
Und wozu das Ganze? Die Wälder der Erde geraten immer mehr unter Druck. Denn einerseits steigt die Nachfrage nach Holz als Rohstoff und Energieträger rapide. Andererseits fragen sich die Forscher in Zeiten des Klimawandels und sich ändernder Wachstumsbedingungen: Wie kann die Pflanzenvielfalt dabei helfen, Wälder fit für die klimatischen Herausforderungen zu machen? Wie werden sie widerstandsfähig gegenüber Trockenheit und Schädlingen?
Wälder stellen den Menschen „Ökosystemdienstleistungen” zur Verfügung – Funktionen, von denen das menschliche Wohlergehen abhängt. So reguliert ein Waldökosystem sowohl die Wasser- und Nährstoffkreisläufe als auch das Klima, speichert gigantische Mengen an Kohlendioxid, reinigt die Luft, bildet Grundwasser neu, reduziert die Gefahr von Erdrutschen und liefert wichtige Rohstoffe zur Nahrungs-, Energie-, Rohstoff- und Arzneimittelgewinnung. Und nicht zuletzt bietet der Wald ein Rückzugsgebiet zur Ruhe und Erholung. Die biologische Vielfalt gilt als Voraussetzung, um diese Funktionen aufrechterhalten zu können.
Was taugen Spiesstannen?
Vor einem undurchdringlich erscheinenden Dickicht macht Wenzel Kröber halt. „Das hier ist unser Miniaturwald A 131. Ein Wäldchen, in dem nur Spießtannen stehen, ein in China häufig in Monokultur angepflanzter Nadelbaum”, erklärt er. „Diese Spießtannen schießen zwar regelrecht in die Höhe und produzieren so billiges Holz. Doch wie widerstandsfähig sind reine Spießtannen-Wälder gegenüber Sturmschäden, Schädlingen oder Trockenheit? Wie gut schützen sie die Berghänge vor Erdrutschen und speichern Wasser? Und bieten sie außerdem Lebensraum für eine vielfältige Tierwelt? Wir suchen nach einem Wald, der möglichst viele dieser Funktionen in hohem Maße erfüllt.”
Kurz vor dem anvisierten Wäldchen A 28 kommt Kröber bei A 26 vorbei. Dort fischt gerade sein Kollege Andreas Schuldt, Zoologe von der Universität Lüneburg, eine große schwarzhaarige Spinne aus einer Insektenfalle im Boden. „Eine Macrothele”, ruft er begeistert, während er sie über seine Handfläche krabbeln lässt. „ Gehört zu den Vogelspinnen”, fügt er so ganz nebenbei hinzu. Ihn interessiert der Zusammenhang zwischen den Pflanzenarten und dem Artenreichtum von Insekten, Spinnen und anderen wirbellosen Lebewesen. Schuldt will herausfinden, ob eine unterschiedliche Pflanzenvielfalt den Insektenfraß an einzelnen Baumarten verringert oder verstärkt.
Deshalb interessiert ihn auch die Vielfalt der am Waldboden lebenden Räuber. Denn Spinnen, Laufkäfer und andere räuberische Insekten könnten die Zahl der gefräßigen Insekten verringern. Der Forscher hatte erwartet, dass sich in artenreicheren Wäldern pflanzenfressende Insekten besser kontrollieren lassen. „Doch zurzeit staunen wir über das Gegenteil”, sagt Schuldt. „In Wäldchen mit einer höheren Zahl an Baumarten beobachten wir häufig sogar eine stärkere Gefräßigkeit der Insekten.”
Kahl gefressen trotz Vielfalt
Er zeigt auf eines der Bäumchen: „Das hier ist eine kleine Eiche, beinahe kahl gefressen. Und das inmitten einer vielfältigen Nachbarschaft. Wir vermuten, dass pflanzenfressende Insektenarten, die nicht auf bestimmte Pflanzenarten spezialisiert sind, von einer höheren Baumarten-Vielfalt profitieren, da sie dort ein ausgewogeneres Nahrungsangebot vorfinden.”
Vor allem Schmetterlingsraupen, die an den Blättern nagen, sind ein Problem für die jungen Bäume. „Wenig Blattfläche bedeutet wenig Photosynthese – und damit auch wenig Energie für Wachstum und Vitalität”, erklärt Schuldt, während er das Ausmaß der Blattschäden begutachtet.
„Dort unten ist es”, ruft Kröber dann und hangelt sich einen extrem steilen Berghang hinunter. Und tatsächlich zeigt das kleine weiße Markierungsschildchen die ersehnten Lettern: A 28. Kröber zieht einen Regenschirm und ein kleines Messgerät aus seinem Rucksack. „Das ist ein Porometer”, erklärt er. „Damit bestimmen wir, wie viel Wasser ein Blatt über seine mikrometergroßen Spaltöffnungen abgibt – also wie stark es transpiriert.”
Er schiebt ein Blättchen zwischen die Messklemme des Geräts. „ Wie viel Wasser ein Baum insgesamt verdunstet, verrät, wie gut er seinen Nährstofftransport und seine Photosynthese regulieren kann.” Denn je mehr ein Baum transpiriert, desto mehr Unterdruck erzeugt er in seinen Wasserleitgefäßen, und desto mehr Nährstoffe kann er transportieren. Ein praktischer Nebeneffekt ist, dass die Blätter durch die Wasserabgabe gekühlt werden. Gleichzeitig bedeutet eine starke Transpiration, dass die Spaltöffnungen lange und weit geöffnet sind. Damit kann viel Kohlendioxid – einer der Grundstoffe der Photosynthese – in die Blätter einströmen.
Doch je mehr ein Baum transpiriert, desto mehr Wasser verliert er auch. Bei Wasserknappheit ist das ein Problem. Je feiner eine Pflanze diese Mechanismen regulieren kann, desto widerstandsfähiger ist sie. Und wozu der Regenschirm? „Um dem Thermometer hier Schatten zu spenden. Denn die Umgebungstemperatur wird nie unter direkter Sonneneinstrahlung gemessen, um die Werte miteinander vergleichen zu können”, erklärt Kröber.
Inzwischen hat sich der Nebel verzogen, von der Frische der Morgenluft ist nichts mehr zu spüren. Kröber arbeitet sich von Baum zu Baum. In der sengenden Sonne fließt der Schweiß in Strömen. „Bis uns die Bäume hier wieder natürlichen Schatten spenden können, werden wohl noch etliche Jahre vergehen”, meint er keuchend.
Das Projekt zielt auf langfristige Beobachtungen ab. „Hier in den Subtropen kann man den Bäumen zwar beinahe beim Wachsen zuschauen. Fünf Meter in nur drei Jahren! Aber viele Untersuchungen erfordern einfach jahrelange Geduld.” Manche Ergebnisse werden vielleicht die Enkel und Urenkel der heutigen Wissenschaftler ernten – so wie die deutsche Forstwissenschaft noch heute von den Waldexperimenten profitiert, die zu Zeiten Bismarcks angelegt wurden.
scharfes Gras in Tüten
Im nächsten Miniaturwäldchen sind Ricarda Pohl, eine Kollegin Kröbers, und Mo Gao, Masterstudentin an der Universität in Wenzhou im Südwesten Chinas, gerade dabei, rasierklingenscharfe Grashalme in braune Tüten zu falten. Am Ende des Tages werden sie die Biomasse des Chinaschilfs Miscanthus sinensis wiegen – ebenso wie den Inhalt unzähliger anderer Papiertüten, gefüllt mit verschiedenen krautigen Pflanzen.
„Wir wollen herausfinden, wie stark sich eingeschleppte, also invasive Pflanzen in Wäldern unterschiedlicher Artenzusammensetzung und -vielfalt ausbreiten”, erklärt Pohl und zieht mit großer Kraft ein hüfthohes Kanadisches Berufkraut aus dem Boden. „Dazu haben wir in einigen Wäldchen gebietsfremde Pflanzenarten sich kontrolliert ausbreiten lassen. Nun ernten wir sie ab und messen, wo sie am stärksten in ihrem Wachstum gehemmt wurden.”
Denn auch dagegen müssen Wälder künftig gut gewappnet sein: Eindringlinge. Durch den globalen Handel und Tourismus gelangen immer mehr Arten in Ökosysteme, in denen sie natürlicherweise nicht vorkommen. Dort fehlen dann die natürlichen Feinde, und die Neuankömmlinge können sich ungehindert ausbreiten. So kann das gesamte Ökosystem aus dem Gleichgewicht geraten. „Wir vermuten, dass auch dabei die Biodiversität eine entscheidende Rolle spielt. Denn ein Ökosystem verfügt über eine bestimmte Menge an Licht, Wasser und Nährstoffen. Und verschiedene Pflanzenarten nutzen die verfügbaren Ressourcen gründlicher als viele Pflanzen der gleichen Art. Eingeschleppten Arten steht dann sozusagen weniger vom Vorrat zur Verfügung”, erklärt Pohl.
Mittagspause. Mit einer Baozi, einer gefüllten Teigtasche, in der einen Hand und einem Päckchen Sojamilch in der anderen erzählt Wenzel Kröber von weiteren weltweit stattfindenden Biodiversitäts-Experimenten – in den Tropen, der borealen Nadelwaldzone und in heimischen Graslandschaften. Denn jedes Ökosystem hat seine eigenen Arten und Wechselbeziehungen.
Viele Experimente erbrachten einen positiven Zusammenhang zwischen der Vielfalt in einem Ökosystem und seinen Funktionen. Wälder mit einer großen Artenvielfalt bieten im Vergleich zu Monokulturen nicht nur einen höheren Schutz vor Erosion, sie bilden auch mehr Biomasse, können also größere Mengen Kohlendioxid binden. Und sie scheinen widerstandsfähiger gegenüber vielen Schädlingen, Trockenheit und heftigen Stürmen zu sein.
Die „Grüne Mauer”
Großraum Peking, 1000 Kilometer weiter nördlich. Hier wird in enormem Ausmaß sichtbar, wie fehlende Vielfalt zu großen Problemen führen kann. Riesige Waldflächen wurden um des wirtschaftlichen Aufschwungs willen gerodet. Der zunehmenden Wüstenbildung versuchte man durch rasche Aufforstung in Monokultur zu begegnen: In dem als „Grüne Mauer” bekannt gewordenen gigantischen Aufforstungsprojekt wurden seit 1978 mehrere Milliarden Pappeln und Weiden perlschnurartig in Reinkultur gepflanzt.
Doch diese Wiederaufforstung gilt schon jetzt als gescheitert, denn die Monokultur erwies sich als sehr anfällig: Erst vor Kurzem fiel eine Milliarde Bäume einem eingeschleppten Schädling zum Opfer. Und andere Bäume vertrockneten, weil die Boden- und Wasserreserven rasch erschöpft waren. ■
VERENA MÜLLER hat während ihres Biologie- Studiums am Wald-Bio- diversitätsexperiment in China mitgearbeitet.
von Verena Müller
Gut zu wissen: Biodiversität
Biodiversität oder biologische Vielfalt bezeichnet die Vielfalt der unterschiedlichen terrestrischen und aquatischen Lebensformen, ihre genetische Vielfalt, die Artendiversität, die Vielfalt von Ökosystemen sowie die Wechselbeziehungen untereinander und mit der natürlichen Umwelt. Sie gilt als eine wesentliche Grundlage der „Ökosystemdienstleistungen”. Damit sind all jene Funktionen eines Ökosystems gemeint, die zum Überleben und Wohlbefinden von Menschen beitragen. Dazu gehören die Bereitstellung von sauberem Wasser, fruchtbarem Land, Sauerstoff zum Atmen, Nahrungsmitteln, Grundstoffen für die Herstellung von Medikamenten und von Rohstoffen für die Industrie sowie die Pufferung des Klimas und der Schutz vor Überflutungen oder Erdrutschen.
Kompakt
· In China erforschen Wissenschaftler an mehreren Hundert Miniaturwäldern, wie biologische Vielfalt die Produktivität von Wäldern beeinflusst.
· Invasive Arten sind eine Bedrohung für das Ökosystem Wald. Eine große Biodiversität macht es Eindringlingen schwer.
· Wälder mit großer Artenvielfalt bilden mehr Biomasse, binden größere Mengen Kohlendioxid und sind widerstandsfähiger gegenüber Schädlingen und Trockenheit.
