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How and when does climate influence carbon sink activity? Multi-temporal analysis of wood formation in conifers

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Kombination von Untersuchungsverfahren zur Holzanatomie verbessert Modellierung von Kohlenstoffbindung

Wälder ziehen Kohlenstoff aus der Luft, was zur Abschwächung des Klimawandels beiträgt. Eine neue Studie zeigt, wie viel Kohlenstoff dies unter verschiedenen Umweltbedingungen ist, um die Verfeinerung von Klimamodellen zu unterstützen.

Klimawandel und Umwelt

Wälder helfen über einen Prozess namens Kohlenstoffbindung dabei, die Gaszusammensetzung zu regulieren, die sich auf das Erdklima auswirkt. Dies bedeutet, dass Wälder atmosphärischen Kohlenstoff über Photosynthese absorbieren und dann im Holz speichern. Bis dato sind Kohlenstoffbindungsmodelle davon ausgegangen, dass der Prozess direkt proportional zur Photosyntheserate eines Waldes verläuft. Neuere Informationen legen nahe, dass ein Baum unter bestimmten Umweltbedingungen photosynthetisch aktiv ist, aber dennoch wenig oder kein Holz produzieren könnte. Das Wissen darüber, wie viel Holz unter verschiedenen Bedingungen produziert wird, ist eine wichtige Variable zur Modellierung der Erderwärmung.

Details zum Holzwachstum

Das EU-finanzierte Projekt INTREE erforschte die Umweltfaktoren, die sich auf die Kohlenstoffbindung in Wäldern gemäßigter und borealer Zonen hohen Breitengrads auswirken. Die herkömmliche Methode zur Messung des Baumwachstums ist eine Ringanalyse. Dem Jahresmaßstab mangelt es jedoch an der Auflösung, um die Auswirkungen des Wetters auf die Holzbildung zu bestimmen und um zu verstehen, in welchem Verhältnis die Baumringbreite zur Holzmasse steht. INTREE schloss diese Lücke, indem die innere Holzanatomie von Baumringen in innovativer Weise mit drei Messverfahren in Verbindung gesetzt wurde, die jeweils auf verschiedene Skalen angewandt werden können. Unterstützt wurde das Forschungsvorhaben im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen. Durch die Studie wurden eine Baumringanalyse, eine quantitative Untersuchung der Holzanatomie und eine Betrachtung der Xylogenese miteinander kombiniert. „Die Baumringanalyse umfasst hauptsächlich die Messung der Breitezunahme von Jahresringen mehrerer Bäume an einem Standort“, sagt Projektkoordinator Patrick Fonti. Die Forschenden kreuzdatieren dann jeden Baumring, um sie jeweils dem richtigen Kalenderjahr zuzuordnen. „Nach der Kreuzdatierung können die Verhältnisse zwischen der Breite der Jahresringe bestimmt werden.“ Ringe mit breiten Abständen bedeuten ein relativ schnelles Wachstum. Die quantitative Holzanatomie beinhaltet die mikroskopische Größenbestimmung von Zellen, die den Baumring bilden. Die Dimensionen der Wassertransportleitungen lassen darauf schließen, wie sich die Umweltbedingungen auf die Zellproduktion und ihre anatomischen Charakteristika auswirkten. Die Gesamtfläche der Gefäßwände ermöglicht eine gute Abschätzung zum im Holz gespeicherten Kohlenstoff. Bei der abschließenden Betrachtung der Xylogenese wird das wöchentliche Baumwachstum unter Verwendung von Mikrokernproben überwacht, um die Bildung des Jahresrings zu untersuchen. Dabei wird auch der Zusammenhang zwischen der Bildung von Zellen und Umweltbedingungen ergründet.

Genauere Klimamodelle

Das Fazit der Studie lautete, dass die Quantifizierung des Wachstums Wasser transportierender Zellen im Vergleich zum Baumringwachstum ein ausgezeichneter Indikator für die Kohlenstoffbindung im Holz ist. „Durch eine Untersuchung der Zellcharakteristika von Jahresringen lässt sich somit besser auf die Kohlenstoffbindung im Holz schließen als durch eine Analyse der Breite der Ringe“, so Fonti. Die Forschenden stellten zudem fest, dass sich das aktuelle Einsetzen früher Sommerdürren auf die Größe der Wassertransportleitungen eines Baums auswirken kann. Daher können erhöhte Sommertemperaturen selbst in hohen Breitengraden die Bildung der Leitungen beeinflussen. Aufgrund des sich verschärfenden Klimawandels könnte dies eine hydraulische Verschlechterung, einen Wachstumsrückgang und eine geringere Kohlenstoffbindung verursachen. Die Vereinigung der drei Messverfahren ist ein Novum. Hierdurch kann genau gemessen werden, wie sich klimatische Variationen auf die Kohlenstoffmenge auswirken, die jedes Jahr in Baumstämmen gespeichert wird. Die Ergebnisse von INTREE liefern wichtige zusätzliche Details zur Modellierung der Kohlenstoffbindung, um verbesserte Möglichkeiten zur Prognose des Klimawandels zu bieten. Dies wird ebenfalls die Abschwächung des Klimawandels durch die Forstwirtschaft verbessern.

Schlüsselbegriffe

INTREE, Kohlenstoffbindung, Wald, Baumring, Waldanatomie, Klimawandel, Xylogenese

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