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Ökosystem Wald: Weltweite Wettbewerbsvorteile
Bäume im Wald stehen überall auf der Welt im Konkurrenzkampf – das gilt auch für den hier abgebildeten gemäßigten Regenwald mit Südbuchen im Mount Aspiring Nationalpark in Neuseeland. Um sich in diesem Wettbewerb durchzusetzen, muss ein einzelner Baum eine geeignete Kombination von Merkmalen aufweisen und sich von seinen Nachbarn möglichst deutlich unterscheiden. © MPI für Biogeochemie, A. Günther

Bäume im Wald haben es nicht leicht: Sie müssen sich im Kampf um Ressourcen beweisen, um nicht von anderen Bäumen verdrängt zu werden. Letztendlich dominieren diejenigen Bäume die für den jeweiligen Standort die besten Voraussetzungen mitbringen. Ein internationales Team, an dem auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena beteiligt waren, hat nun herausgefunden, wie drei charakteristische Merkmale – die Holzdichte, die Höhe, bis zu der ein Baum maximal wächst, und die spezifische Blattfläche – entscheiden, welche Bäume sich im Konkurrenzkampf zwischen benachbarten Individuen durchsetzen. Diese Zusammenhänge gelten überraschenderweise weltweit. Zudem stellte sich in der Studie heraus, dass der Wettbewerb zwischen Bäumen der gleichen Arten offenbar immer größer ist als zwischen Exemplaren unterschiedlicher Arten

Wälder bedecken fast ein Drittel der Landoberfläche unserer Erde – von den Polarkreisen bis hin zu den Tropen. Sie beherbergen eine erstaunliche Vielfalt an Baumarten mit unterschiedlichsten Formen und Strategien. Allein in den Tropen mischen sich bis zu 53.000 verschiedene Baumarten in gleichen Ökosystemen.

Ökologen haben lange nach einem allgemeinen Ansatz gesucht, um vorherzusagen, welche der Zehntausenden von Baumarten, die es auf der Welt gibt, nebeneinander wachsen können, welche miteinander konkurrieren und welche sich in einem solchen Wettbewerb durchsetzen. Davon hängt ab, wie gut einzelne Bäume wachsen und somit letztlich, welche Arten sich in einem Wald behaupten können.
Arten mit hoher Holzdichte tolerieren Nachbarn gut

„Förster wissen schon seit Jahrhunderten welche Baumarten ihren Wald dominieren“, sagt Jens Kattge, der am Max-Planck-Institut für Biogeochemie eine Forschungsgruppe leitet. „Lange wurde angenommen, dass Bäume möglichst verschiedenartig sein müssen, damit sie viele ökologische Nischen besetzten können und an einem Standort nebeneinander existieren können.“ Jetzt haben Wissenschaftler aus aller Welt in einer Studie, die George Kunstler vom IRSTEA in Grenoble – dem Französischen Forschungsinstitut für Umwelt und Landwirtschaft – leitete, systematisch untersucht, ob es für den Wettbewerb zwischen den Bäumen Regeln gibt, die auf der ganzen Welt gelten, und wie diese gegebenenfalls lauten. Eine gewaltige Aufgabe angesichts der zahllosen Baumarten.

In einer nun in Nature veröffentlichten Studie fanden die Forscher weltweit gültige Regeln, indem sie funktionelle Merkmale der Arten miteinander verglichen, statt wie in Studien einzelner Ökosysteme bisher üblich, taxonomische Arten zu betrachten. In einer Analyse aller Waldökosysteme der Erde fanden die Forscher so heraus, wie sich drei charakteristische Merkmale auf die Konkurrenz zwischen den Bäumen auswirken: die Holzdichte, die spezifische Blattfläche und die maximale Wuchshöhe. Diese Eigenschaften wurden in der Studie genauer beleuchtet. Von ihnen war bereits bekannt, dass sie physiologische Funktionen von einzelnen Pflanzen auf der ganzen Welt in ähnlicher Weise beeinflussen. „Nun zeigt sich, dass diese Eigenschaften auch den Wettbewerb zwischen benachbarten Bäumen weltweit bestimmen“, so Jens Kattge. „Das ist erstaunlich, weil sich die Umweltbedingungen in den Wäldern global stark unterscheiden.“

Der Studie zufolge ist es also nicht nur wichtig, dass die Bäume an einem Standort möglichst verschieden sind, damit sie nebeneinander überleben können. Vielmehr müssen sie sich in einem oder mehreren der drei Merkmale unterscheiden. Diese Merkmale geben auch einen guten Hinweis, welche Arten konkurrenzstark sind. So scheinen zum Beispiel Arten mit hoher Holzdichte besonders tolerant gegenüber konkurrierende Nachbarn zu sein, so dass sie sich langfristig durchsetzen. Im Gegensatz dazu wachsen Bäume mit geringer Holzdichte schneller, weshalb sie zumindest anfangs das Rennen machen, wenn Bäume eine Fläche neu besiedeln.
Konkurrenzdruck ist zwischen gleichen Arten am höchsten

Allerdings muss ein Baum seinen Nachbarn nicht in allen Eigenschaften überlegen sein, um sich gegen sie durchzusetzen. So wächst die heimische Buche eher langsam und auch nicht besonders hoch, zeichnet sich aber durch eine hohe Holzdichte und Schattentoleranz aus, was ihr in der zweiten Phase der Waldbesiedlung nach etwa 50-100 Jahren einen großen Vorteil im ökologischen Konkurrenzkampf verschafft. Sie kommt mit ihren Eigenschaften somit einer Merkmalskombination sehr nahe, die sich in der Studie weltweit auf lange Sicht als sehr durchsetzungsfähig erwiesen hat. Denn schattentolerante, hochwachsende Bäume mit einer mittleren bis hohen Holzdichte haben langfristig überall auf der Welt Wettbewerbsvorteile.

Es stellte sich in der Studie auch heraus, dass der Konkurrenzdruck innerhalb der gleichen Arten immer größer ist, als zwischen Bäumen verschiedener Arten. Das ist auch relativ naheliegend, weil Bäume der gleichen Art in ihren Eigenschaften annähernd identisch sind. Sie besetzen daher dieselbe ökologische Nische und konkurrieren um die Ressourcen an einem Standort. Dass sich einer der beiden Bäume am Schluss durchsetzt, liegt vor allem daran, dass die Standorte der Bäume und auch die Eigenschaften selbst artgleicher Bäume nicht exakt identisch sind. Fachleute sprechen von einer intraspezifischen Variabilität, die für einzelne Bäume Vorteile mit sich bringen kann, wenn es darum geht Ressourcen für sich zu gewinnen.

Was man im ökologischen Konkurrenzkampf jedoch nicht vergessen darf: Im Wettbewerb um Ressourcen – sei es zwischen Bäumen der gleichen Art oder unterschiedlicher Arten – spielt auch der Zufall eine nicht zu vernachlässigende Rolle. So können den Pflanzen Krankheiten oder Wildtiere schaden. Das beeinträchtigt dann auch ihre Chancen in der Auseinandersetzung mit den Konkurrenten.
Genauere Vegetationsmodelle ermöglichen bessere Klimaprognosen

Für die aktuelle Studie zum Wettbewerb im Wald haben fast 40 Wissenschaftler aus aller Welt die Ergebnisse von nationalen Waldinventuren und Beobachtungsdaten von Untersuchungsflächen mit insgesamt drei Millionen Bäumen aus über 2500 Arten von über 140.000 Flächen zusammengetragen. Forscher der Macquarie University im australischen Sydney werteten die Daten aus. Einen wesentlichen Beitrag zu der Untersuchung lieferte die Globale Datenbank für Pflanzenmerkmale (TRY), die am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena gepflegt wird und an der auch das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) beteiligt ist.

Die neuen Ergebnisse der Analyse unterstreichen, dass sich der Wettbewerb um Ressourcen im Wesentlichen mit wenigen funktionelle Merkmale erklären lässt. Der Vergleich funktioneller Merkmale kann darüber hinaus Auskunft geben, welche Baumarten an einem Standort zusammenleben können. Auf Grundlage dieser Studie könnten Forstwirte zukünftig beispielsweise besser planen, welche Baumarten sie miteinander kombinieren. Vorhersagen zur Konkurrenzsituation und zur Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften werden schließlich auch zunehmend gebraucht, um die Auswirkungen des Klimawandels auf Waldökosysteme und vice versa abzuschätzen. Denn die Befunde können in Vegetations- und somit in Erdsystemmodelle einfließen, die den Einfluss des Klimas auf die Vegetation und umgekehrt berücksichtigen. Auf diese Weise könnten sie dazu beitragen, Klimaveränderungen der nächsten 100 Jahre besser vorauszusagen.


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Kunstler G. et al.: Plant functional traits have globally consistent effects on competition, Nature 2016, DOI: 10.1038/nature16476
Max-Planck-Institut für Biogeochemie
http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7585/full/nature16476.html

29.01.2016

 

 
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