Der positive Effekt der Pflanzenvielfalt auf die Bodenatmung nimmt mit zunehmender Produktivität in globalen Wäldern ab

Warum das für Klima und Wälder wichtig ist

Wälder atmen leise durch ihre Böden und geben Kohlendioxid frei, während Wurzeln und Mikroben organisches Material abbauen. Dieses Boden‑„Atmen“, die sogenannte Bodenatmung, ist einer der größten Kohlenstoffflüsse der Erde und hat starken Einfluss auf das Klima. Gleichzeitig sind Waldbestände welt­weit von raschem Verlust an Pflanzenarten bedroht. Diese Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache, aber weitreichende Frage: Führt eine höhere Anzahl von Pflanzenarten in einem Wald dazu, dass seine Böden stärker „atmen“, und verändert sich diese Wirkung zwischen spärlichen, wenig produktiven Wäldern und üppigen, hochproduktiven Wäldern?

Leben im Boden und der verborgene Atem des Waldes

Bodenatmung ist die kontinuierliche Freisetzung von Kohlendioxid aus dem Boden, wenn Wurzeln wachsen und Mikroben abgestorbene Blätter sowie Holz zersetzen. Global gesehen ist dieser Fluss nur von der Pflanzenphotosynthese größer, sodass selbst kleine prozentuale Veränderungen beeinflussen können, wie viel Kohlenstoff im Boden gebunden bleibt versus in die Atmosphäre zurückkehrt. Viele kleinskalige Experimente haben gezeigt, dass mehr Pflanzenarten tendenziell das Bodenleben und organische Substanz fördern, was nahelegt, dass Biodiversität auch die Bodenatmung steigern könnte. Die meisten dieser Studien waren jedoch kurzzeitig, konzentrierten sich auf Grasländer oder umfassten nur eine geringe Zahl von Arten, sodass offen bleibt, wie Pflanzenvielfalt die Bodenatmung in den Wäldern und Klimazonen der Welt beeinflusst.

Ein globales Bild aus verstreuten Messungen

Um diese Frage zu bearbeiten, haben die Autorinnen und Autoren mehrere große Datensätze zusammengeführt und moderne Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt. Sie nutzten über 6.000 Feldmessungen der Bodenatmung aus aller Welt und trainierten ein Deep‑Learning‑Modell, um monatliche Bodenatmung in feiner Auflösung aus Klima, Boden- und Vegetationseigenschaften vorherzusagen. Anschließend legten sie globale Karten der Baumartenvielfalt und der gesamten Gefäßpflanzenvielfalt (einschließlich Bäume, Sträucher und Kräuter) sowie eine satellitengestützte Messgröße der Waldproduktivität, die Netto-Primärproduktion, darüber. Indem sie Temperatur, Niederschlag, Bodencharakteristika und Vegetationseigenschaften kontrollierten, konnten sie herausarbeiten, welchen Beitrag allein die Pflanzenvielfalt zur Variation der Bodenatmung leistet.

Vielfalt nützt dort am meisten, wo Ressourcen knapp sind

Die globalen Analysen zeigen ein klares, aber nuanciertes Muster. In Wäldern mit niedriger bis mittlerer Produktivität — also an Standorten, deren Wachstum durch Kälte, Trockenheit oder begrenzte Nährstoffe eingeschränkt ist — steht eine höhere Artenzahl deutlich mit erhöhter Bodenatmung in Verbindung. Vielfältige Pflanzengemeinschaften scheinen das Bodensystem dort effektiver zu ernähren, durch eine Mischung aus unterschiedlichen Wurzeltiefen, Wurzelexudaten und Streuqualitäten, die aktive mikrobielle Gemeinschaften unterstützen. Mit steigender Produktivität und wachsender Biomasse schrumpft jedoch der Nutzen zusätzlicher Arten. In sehr produktiven Wäldern — etwa warmen, feuchten Regionen mit dichter Kronenschicht — wird der Zusatznutzen der Vielfalt nach Kontrolle von Klima- und Bodenfaktoren klein oder kann sogar leicht negativ werden.

Wenn zusätzliche Arten kaum noch etwas beitragen

Die Studie nennt mehrere Gründe für dieses Abschwächen des Vielfalts­effekts in hochproduktiven Wäldern. Unter bereits günstigen Bedingungen können wenige dominante Arten große Mengen organischer Substanz in den Boden eintragen und damit ein hohes Grundniveau mikrobieller Aktivität und Bodenatmung etablieren. Weitere Arten übernehmen möglicherweise ähnliche Funktionen, sodass ihr Beitrag marginal wird — ein Konzept, das als funktionale Redundanz bekannt ist. Starker Konkurrenzdruck um Licht und Nährstoffe begünstigt zusätzlich eine kleine Anzahl erfolgreicher Arten, wodurch die Bedeutung der übrigen für Bodenprozesse abnimmt. In solchen Systemen werden Temperatur, Feuchte und andere abiotische Faktoren zu den Haupttreibern der Bodenatmung, und der marginale Beitrag der Biodiversität sinkt.

Was das für den Schutz von Kohlenstoff und Vielfalt bedeutet

Für ein nicht spezialisiertes Publikum lautet die Kernbotschaft: Pflanzenvielfalt spielt nicht überall dieselbe Rolle. In Wäldern mit niedriger bis mittlerer Produktivität kann jede zusätzliche Pflanzenart die Bodenaktivität steigern und so Nährstoffkreislauf und Kohlenstofffluss fördern. In den produktivsten Wäldern hingegen ändert das bloße Hinzufügen von Arten die Bodenatmung möglicherweise kaum, weil das System bereits nahe seiner Kapazität arbeitet. Dieses kontextabhängige Verhalten ist relevant für die Klimapolitik. Der Schutz der Pflanzenvielfalt in weniger produktiven Wäldern ist besonders wichtig, weil Artenverluste dort die Bodenprozesse schwächen könnten, die langfristige Kohlenstoffspeicherung und die Gesundheit des Ökosystems stützen. Realistische Berücksichtigung von Biodiversitätseffekten in Kohlenstoff‑ und Klimamodellen wird unsere Fähigkeit verbessern, vorherzusagen, wie Wälder, Böden und Atmosphäre auf den fortschreitenden Umweltwandel reagieren.

Zitation: Laffitte, B., Yang, Z., Jian, J. et al. Plant diversity’s positive effect on soil respiration diminishes with increasing productivity in global forests. Nat Commun 17, 3023 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69594-8

Schlüsselwörter: Wald-Biodiversität, Bodenatmung, Kohlenstoffkreislauf, Ökosystemproduktivität, Klima-Rückkopplungen