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Mehr CO₂ lässt Savannengräser auch bei Trockenheit wachsen
Unterschätzter Düngeeffekt: C₄-Gräser in trockenen Savannen profitieren stärker von steigenden CO₂-Werten als lange angenommen. Eine Kombination aus 70 CO₂-Experimenten und 32 Jahren Felddaten aus Südafrika zeigt, dass höheres CO₂ den Wasserverlust senkt und die oberirdische Grasproduktion erhöht. Im Kruger-Nationalpark stieg sie seit 1989 um 28 Prozent.
Sheffield (England). C₄-Gräser dominieren viele tropische und subtropische Savannen. Ihr besonderer Photosyntheseweg reichert Kohlendioxid in den Blättern an und arbeitet bei Hitze und starker Sonneneinstrahlung besonders effizient. Deshalb galt lange die Annahme, dass zusätzliches CO₂ ihr Wachstum weit weniger fördert als das vieler C₃-Pflanzen.
Forscher der University of Sheffield (TUoS) um Dr. Kimberley J. Simpson haben nun geprüft, ob diese Annahme auch für wilde C₄-Gräser unter Wassermangel gilt. Dazu verband das Team eine Metaanalyse von 70 CO₂-Anreicherungsexperimenten mit einer 32-jährigen Messreihe aus dem Kruger-Nationalpark und Simulationen mit einem Landoberflächenmodell.
In den Experimenten zeigte sich ein deutlicher Unterschied zwischen trockenen und gut mit Wasser versorgten Pflanzen. Bei Wassermangel erhöhte mehr CO₂ die oberirdische Biomasse und die Photosynthese. Unter guter Wasserversorgung war der Wachstumseffekt dagegen statistisch nicht eindeutig.
Der entscheidende Mechanismus sitzt in den Spaltöffnungen der Blätter. Bei höherem CO₂ können die Gräser diese Poren stärker schließen und dadurch weniger Wasser verlieren, während sie weiterhin Kohlenstoff aufnehmen. Das verbessert ihren Wasserstatus und kann die Wachstumsphase nach Regenfällen verlängern.
„Die Gräser, die Savannen dominieren, galten lange als weitgehend unempfindlich gegenüber steigenden Kohlendioxidwerten, weil sie unter heißen und lichtreichen Bedingungen bereits eine hocheffiziente Form der Photosynthese nutzen. Unsere Ergebnisse stellen diese Annahme infrage. Unter trockenen Bedingungen hilft mehr Kohlendioxid diesen Gräsern, Wasser zu sparen, Trockenstress zu verringern und weiterzuwachsen“, erklärt Dr. Kimberley J. Simpson.
Ob dieser Effekt auch in einer natürlichen Savanne sichtbar wird, prüfte das Team anhand von 533 seit 1989 eingerichteten Monitoringflächen im Kruger-Nationalpark. Seit 1989 wurde dort die Grasbiomasse jeweils am Ende der Wachstumszeit erfasst. Die Forscher berücksichtigten unter anderem Niederschlag, Temperatur, Feuerhistorie, Bodentyp und Veränderungen der Artenzusammensetzung.
Zwischen 1989 und 2021 nahm die jährliche oberirdische Grasproduktion um 28 Prozent zu. Für das erste Jahr nach einem Feuer entspricht dies einem Zuwachs von 75,1 Gramm Biomasse pro Quadratmeter. Im selben Zeitraum stieg der atmosphärische CO₂-Gehalt um 65 Teile pro Million. Besonders groß war der relative Biomassezuwachs in den trockeneren Teilen des Parks.
Auch stärkere Beweidung, Stickstoffeinträge oder ein Wechsel hin zu größeren, produktiveren Grasarten konnten den Trend nicht vollständig erklären. Die Felddaten allein beweisen damit noch keine Ursache. Zusammen mit den CO₂-Experimenten spricht das Muster nach Einschätzung der Autoren jedoch stark dafür, dass der Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids einen wesentlichen Anteil hat.
„Dass wir dasselbe Muster in kontrollierten Experimenten und über mehr als drei Jahrzehnte Beobachtung in einer natürlichen Savanne finden, liefert starke Belege dafür, dass steigendes Kohlendioxid diese Ökosysteme schon seit einiger Zeit verändert“, sagt Prof. Colin Osborne von der University of Sheffield (TUoS).