In dieser Studie wurden die direkten Auswirkungen einer erhöhten atmosphärischen CO₂-Konzentration auf das Wachstum und den Gaswechsel (CO₂/H₂O) der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) untersucht. Die Rotbuche wurde aufgrund ihrer Bedeutung und ihres Vorkommens in der gemäßigten Zone Europas ausgewählt.
Mithilfe der Mikrokosmos-Technik wurden Modell-Ökosysteme geschaffen, die einer CO₂-Konzentration von 350 bzw. 700 µmol/mol ausgesetzt waren. Dabei wurden sowohl Kurzzeituntersuchungen an Einzelpflanzen als auch Langzeitstudien über bis zu sechs Jahre unter nahezu natürlichen Umweltbedingungen durchgeführt.
Wachstum und Biomasseverteilung
Bei erhöhter atmosphärischer CO₂-Konzentration wuchs die Rotbuche signifikant schneller – mit einer Zunahme zwischen 31% und 81%. Nach drei Jahren war die höchste, nach sechs Jahren die niedrigste Biomassenzunahme zu verzeichnen. Die Stickstoffaufnahme der Buchen erhöhte sich um bis zu 40%, während die Feinwurzelmasse um 84% zunahm.
Gaswechsel und Photosynthese
Die Nettophotosyntheseraten der Blätter stiegen bei erhöhter CO₂-Konzentration im Durchschnitt um 50% bis 80%. Interessanterweise beeinflusste die CO₂-Konzentration nicht die grundlegenden Parameter Jmax und Vcmax. Die stomatäre Leitfähigkeit verringerte sich um 27%, was zu einer signifikanten Steigerung der Wassernutzungseffizienz (WUE) führte.
Modellierung mit FORSTFLUX
Zur Simulation des Gaswechsels in Buchenbeständen wurde das mechanistische Modell FORSTFLUX verwendet. Es zeigte, dass die Nettoprimärproduktion (NPP) bei erhöhter CO₂-Konzentration um 46% anstieg. Gleichzeitig führten erhöhte Temperaturen (+2°C bis +4°C) zu einem Rückgang des Net Ecosystem Flux (NEF) um bis zu 139%, während eine höhere Stickstoffverfügbarkeit (+50%) die NEF um bis zu 102% steigerte.
Schlussfolgerung
Die Studie zeigte, dass eine erhöhte CO₂-Konzentration das Wachstum und den Gaswechsel der Rotbuche stark beeinflusst. Diese Effekte variieren jedoch mit der Verfügbarkeit von Nährstoffen und Wasser sowie den Temperaturveränderungen.
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