Emergente Einschränkungen für die hydrologischen Auswirkungen von Landnutzungs- und Landbedeckungsänderungen

Warum veränderte Landschaften für Wasser wichtig sind

Von Ackerland und Wäldern bis zu wachsenden Städten haben Menschen einen Großteil der Landfläche der Erde umgestaltet. Diese Veränderungen verändern nicht nur das Bild aus dem Weltraum: Sie beeinflussen auch, wie Wasser zwischen Land, Luft und Flüssen zirkuliert. Die Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache, aber für Wassersicherheit und Klimapolitik folgenreiche Frage: Wenn wir in großem Maßstab Bäume fällen oder pflanzen, machen wir das Land insgesamt feuchter oder trockener, und treffen unsere besten Klimamodelle diese Vorhersage?

Wie Land und Wasser miteinander verknüpft sind

Pflanzen wirken wie lebende Pumpen: Sie entziehen dem Boden Wasser und geben es über Evapotranspiration, einer Kombination aus Verdunstung und Transpiration, wieder an die Atmosphäre ab. Wälder mit tiefen Wurzeln und dichten Kronen bewegen in der Regel mehr Wasser als Ackerflächen oder Grasland. Wird Wald in Ackerland umgewandelt, kann sich dadurch verändern, wie viel Wasser die Landoberfläche verlässt und wie viel in Böden, Grundwasser und Flüssen verfügbar bleibt. Auch verändert sich, wo und wann Niederschlag fällt, weil der von Vegetation abgegebene Wasserdampf später als Regen zurückkehrt, teilweise weit stromabwärts. Diese Verknüpfungen zu verstehen ist entscheidend, um einzuschätzen, ob großflächiger Waldverlust oder neue Aufforstung regionale Wasserversorgung bedrohen oder unterstützen wird.

Warum Klimamodelle uneinig sind

Die Autoren untersuchen ein Ensemble moderner Erdsystemmodelle, wie sie in internationalen Klimabewertungen verwendet werden. Diese Modelle simulieren sowohl historische Landnutzungsänderungen seit den 1980er Jahren — dominiert durch die Umwandlung von Wäldern in Ackerland — als auch Zukunftsszenarien mit umfangreicher Aufforstung. Überraschenderweise deuten viele Modelle für den historischen Zeitraum darauf hin, dass die Umwandlung von Wald in Ackerland die globale Evapotranspiration leicht erhöht hat, was der physikalischen Intuition und zahlreichen Beobachtungsstudien widerspricht. Schlimmer noch: Die Modelle sind sich stark uneinig sowohl bezüglich Vorzeichen als auch Größe des Effekts, was große Unsicherheit darüber schafft, wie stark Landmanagement den Wasserkreislauf bereits verändert hat.

Ein neuer Weg, Modellbias zu korrigieren

Um das zu klären, wendet die Studie einen „emergenten Constraint“-Ansatz an, der reale Beobachtungen nutzt, um das Verhalten der Modelle zu korrigieren, ohne die Modelle selbst neu bauen zu müssen. Die entscheidende Diagnosegröße ist ein Verhältnis, das vergleicht, wie viel der einfallenden Energie an der Oberfläche in Erwärmung versus in Wasserfluss durch Pflanzen-Transpiration umgewandelt wird. Über die Modelle hinweg besteht eine enge Beziehung zwischen diesem Verhältnis und der simulierten Auswirkung von Landnutzungsänderungen auf die Evapotranspiration. Da sich das Verhältnis aus Satelliten- und Flux-Tower-Daten abschätzen lässt, nutzen die Autoren den beobachteten Wert, um die modellbasierten Schätzungen anzupassen. Diese Korrektur kehrt das globale historische Signal um: Statt einer leichten Zunahme hat der weltweite Waldverlust seit den frühen 1980er Jahren wahrscheinlich zu einem moderaten Rückgang der Evapotranspiration geführt, insbesondere in den Tropen und Subtropen, und die Streuung zwischen den Modellen wird fast halbiert.

Regionale Verschiebungen und künftige Wälder

Auf regionaler Ebene zeigen die eingeschränkten Ergebnisse, dass Landnutzungsänderungen in vielen Teilen der Welt starke Auswirkungen auf lokale Wasserflüsse hatten. In Zentral- und Südamerika, Südostasien und Teilen Afrikas hat Abholzung die Evapotranspiration wahrscheinlich deutlich stärker reduziert, als die Modelle ursprünglich angaben. Die Autoren wenden denselben Rahmen dann auf ein Zukunftsszenario an, in dem globale Politik Aufforstung begünstigt. Nach der Korrektur wird prognostiziert, dass das Pflanzen von Bäumen die Evapotranspiration stärker erhöht, als die Modelle zunächst vermuteten. In vielen tropischen und subtropischen Regionen wird der damit verbundene Anstieg des Niederschlags jedoch teilweise oder vollständig den zusätzlichen Wasserverlust von der Landoberfläche ausgleichen, sodass der Netto-Rückgang der Wasserverfügbarkeit schwächer ausfällt als zuvor befürchtet und in einigen Regionen die Wasserverfügbarkeit sogar zunehmen kann.

Was das für Wald- und Wasserplanung bedeutet

Kurz gesagt zeigt die Studie, dass weit verbreitete Klimamodelle die Aufteilung der einfallenden Energie zwischen Erwärmung der Luft und pflanzengetriebener Wassernutzung für verschiedene Vegetationstypen falsch eingeschätzt haben. Dieser Fehler hat ihre Schätzungen dafür verzerrt, wie Abholzung und Aufforstung Evapotranspiration und Wasserressourcen verändern. Indem die Modelle an Beobachtungen verankert werden, kommen die Autoren zu dem Ergebnis, dass vergangener Waldverlust viele Regionen wahrscheinlich trockener gemacht hat, während sorgfältig geplante künftige Baumpflanzungen weiterhin tendenziell lokale Wassermengen reduzieren werden — jedoch nicht so stark wie früher angenommen, dank des zusätzlichen Niederschlags. Diese verbesserten Schätzungen können politischen Entscheidungsträgern helfen, die Kohlenstoffvorteile der Wiederherstellung von Wäldern gegen Risiken und Chancen für die regionale Wasserversorgung abzuwägen.

Zitation: Chen, Z., Cescatti, A., Xing, R. et al. Emergent constraints on the hydrological impacts of land use and land cover change. Nat Commun 17, 2908 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69883-2

Schlüsselwörter: Landnutzungsänderung, Evapotranspiration, Aufforstung, Wasserverfügbarkeit, Erdsystemmodelle