The role of phosphorus in limiting Amazon rainforest productivity under global environmental change
Plant Cultivation, Plant Nutrition, Agricultural Technology
Final Report Abstract
Die Stabilität der Amazonaswälder in einem zukünftigen Klima ist höchst unsicher. Eine wichtige Frage ist hierbei, welche Auswirkungen die steigende atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen (eCO2) auf tropische Wälder hat. Aktuelle Modellrechnungen gehen davon aus, dass eCO2 die Produktivität der Wälder anregt und sie außerdem widerstandsfähiger gegen Trockenheit macht, was auch als "CO2-Düngungseffekt" bezeichnet wird. Allerdings fehlen insbesondere für tropische Ökosysteme empirische Belege für die Reaktion der Vegetation auf eCO2 aufgrund fehlender Messungen und Experimente. Man kann aber davon ausgehen, dass der CO2-Düngeeffekt in tropischen Ökosystemen durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen, insbesondere Phosphor (P) begrenzt ist. Die geringe Nährstoffverfügbarkeit kommt auch als möglicher Treiber für den langfristigen Rückgang der Kohlenstoffsenke im Amazonas in Frage. Das Ziel des Projekts war es, die Rolle der P-Limitierung in tropischen Wäldern unter erhöhtem CO2 abzuschätzen, um verbesserte Vorhersagen zur Produktivität des Amazonas-Regenwaldes in einem sich ändernden Klima zu machen. Um diese Fragen zu beantworten, führten wir Untersuchungen mit einem Modell-Ensemble von insgesamt 14 Ökosystemmodellen durch, wobei ein Fokus auf sechs Modellen lag, die den P-Zyklus explizit simulieren. Hier zeigte sich, dass alle Modelle von einer Stimulation der Produktivität und Biomassezunahme ausgehen. Allerdings war dieser Zuwachs in den P-Modellen stark limitiert. Die Modellannahmen bezüglich der P-Limitierung, d.h. der Aufnahme und Nutzung von P in der Pflanze, unterschieden sich stark und bestimmen die jeweilige Pflanzenwachstumsreaktion auf CO2. Mit Hilfe einer umfassenden Literaturrecherche grenzten wir die verschiedenen Strategien der Pflanzen für Nutzung und Aufnahme von P in den Tropen ein, mit dem Ziel der verbesserten Darstellung in Modellen. Dabei stellte sich ein brauchbarerer Ansatz heraus, mit dem erste regionale Unterschiede in P-Aufnahmeprozessen beschrieben und modelliert werden können. Im Gegensatz zu anderen Ökosystemen stellte sich heraus, dass uns für tropische Regenwälder quantitative Informationen und grundlegendes Prozessverständnis fehlen, und zusätzliche Messungen und Experimente nötig sind, um Prozesse und Parameter in den Modellen zu implementieren und genauere Vorhersagen über die zukünftige Stabilität des Amazonasregenwaldes machen zu können.
Publications
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(2019), Amazon forest response to CO2 fertilization dependent on plant phosphorus acquisition, Nature Geoscience
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(2020). Wood allocation trade‐offs between fiber wall, fiber lumen, and axial parenchyma drive drought resistance in neotropical trees. Plant, Cell & Environment, 43(4), 965–980
Janssen, T. A. J., T. Hölttä, K. Fleischer, K. Naudts, H. Dolman
