Steigendes atmosphärisches CO2 verringert die Stickstoffverfügbarkeit in borealen Wäldern

Warum Walddünger uns alle betrifft

Wälder werden oft dafür gelobt, dass sie das planetenaufheizende Kohlendioxid aus der Luft binden. Aber Bäume brauchen zum Wachsen mehr als nur Kohlenstoff. Wie Feldfrüchte sind sie auch von Nährstoffen — insbesondere Stickstoff — im Boden abhängig. Diese Studie stellt eine scheinbar einfache, aber weitreichende Frage: Wenn das atmosphärische Kohlendioxid weiter steigt, geraten die nördlichen borealen Wälder der Welt unter Stickstoffmangel, und könnte dieser Mangel schließlich ihre Rolle als Bremse des Klimawandels schwächen?

Geschichte in Jahrringen nachzeichnen

Um das zu beantworten, griffen die Forscher auf ein ungewöhnliches Archiv zurück: Tausende Baumkerne, die über Jahrzehnte von der Schwedischen Forstinventur gesammelt wurden. Jeder Kern ist ein schmales Zylinderstück, das aus dem Stamm gebohrt wurde und Jahrringe erhält, die das jährliche Wachstum dokumentieren. Das Team analysierte mehr als 1.600 Kerne von zwei typischen borealen Arten — Wald-Kiefer (Scots pine) und Gemeine Fichte (Norway spruce) — aus Wäldern in ganz Schweden von den 1950er- bis in die 2010er-Jahre. Statt nur das Wachstum zu messen, konzentrierten sie sich auf einen chemischen Fingerabdruck im Holz, das Verhältnis zweier Stickstoffformen. Dieses Verhältnis, als δ15N geschrieben, verändert sich auf konsistente Weise, wenn Stickstoff im Ökosystem besser oder schlechter verfügbar ist, und erlaubt es den Wissenschaftlern, die Geschichte des Stickstoffstatus der Wälder über nahezu sieben Jahrzehnte zu rekonstruieren.

Ein landesweiter Hinweis auf schwindenden Stickstoff

Schweden eignet sich besonders gut, um die beteiligten Faktoren zu entwirren. Von Norden nach Süden erstreckt sich das Land über einen vierfachen Gradient der Stickstoffverschmutzung aus der Luft, hauptsächlich verursacht durch menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Düngemitteleinsatz. Dagegen ist das atmosphärische Kohlendioxid in dieser Region nahezu einheitlich. Wenn der Rückgang des Stickstoffs in Wäldern hauptsächlich auf veränderte Stickstoff-Emissionen zurückzuführen wäre, müssten die δ15N-Trends zwischen stark und schwach belasteten Gebieten stark auseinanderlaufen. Stattdessen fanden die Forscher, dass δ15N in den Jahrringen in allen vier schwedischen Regionen über die Zeit abnahm, auch im hohen Norden, wo die Stickstoffdeposition traditionell sehr gering und relativ stabil war. Dieser weit verbreitete Abwärtstrend deutet auf einen Treiber hin, der überall gleichzeitig wirkt — das steigende Kohlendioxid — statt nur auf lokale Veränderungen der Verschmutzung.

Gegenläufige Erklärungen prüfen

Um die Ursachen gründlicher zu untersuchen, verwendete das Team statistische Modelle, die das Jahrring-δ15N mit mehreren Umweltfaktoren in Beziehung setzten: atmosphärisches Kohlendioxid, verschiedene Maße der Stickstoffdeposition, Temperatur und Waldbeschaffenheit. Über viele Modellvarianten hinweg erwies sich Kohlendioxid konstant als der stärkste Prädiktor für δ15N, mit einer klar negativen Beziehung: Mit steigendem Kohlendioxid nahm das δ15N im Holz ab. Stickstoffdeposition und Temperatur spielten zwar erkennbare Rollen, ihr Einfluss war jedoch deutlich schwächer. Bemerkenswert ist, dass eine vorgeschlagene Erklärung, die auf Verschiebungen zwischen verschiedenen chemischen Formen des luftgetragenen Stickstoffs — Ammonium versus Nitrat — basiert, durch die Daten nicht gestützt wurde. Diese Ergebnisse untermauern die Auffassung, dass steigendes Kohlendioxid direkt den Stickstoffkreislauf in borealen Wäldern verknappt, statt lediglich die Effekte saubererer Luftgesetze zu überdecken.

Wie mehr Kohlenstoff weniger Stickstoff bedeuten kann

Die Studie betrachtete außerdem, wie Veränderungen im Waldwachstum mit dem Stickstoffstatus zusammenhängen. Nationale Inventurdaten zeigen, dass Kiefern- und Fichtenwälder in Schweden seit den 1950er-Jahren schneller gewachsen sind und jährlich mehr Holz akkumulieren. Verglichen die Autoren diese Wachstumstrends mit δ15N, stellten sie fest, dass Parzellen mit den stärksten Wachstumszuwächsen tendenziell die größten Rückgänge im δ15N aufwiesen, was mit der Idee der „progressiven Stickstoffbegrenzung“ übereinstimmt. Alltäglich ausgedrückt wirkt zusätzliches Kohlendioxid wie ein vorübergehender Dünger für die Photosynthese, der Bäume zu Wuchs und höherer Stickstoffnachfrage anregt. Im Laufe der Zeit kann diese erhöhte Nachfrage den natürlich verfügbaren Stickstoff im Boden übersteigen. Bäume reagieren möglicherweise, indem sie mehr Zucker in ihre Wurzelpartner — Mykorrhiza-Pilze — investieren, die ihnen helfen, organischen Stickstoff aus tieferen oder widerstandsfähigeren Vorräten zu erschließen. Diese Strategie erhält das Wachstum eine Zeitlang aufrecht, bindet aber zugleich mehr Stickstoff in Biomasse und Pilzgewebe, wodurch weniger Stickstoff in Boden und Gewässern verbleibt.

Was das für das Klima bedeutet

Da boreale Wälder einen unverhältnismäßig großen Anteil des terrestrischen Kohlenstoffs der Welt speichern, wird ihre langfristige Reaktion auf steigendes Kohlendioxid beeinflussen, wie viel unserer Emissionen in der Atmosphäre verbleiben. Diese Forschung zeigt, dass mit steigendem Kohlendioxid der Stickstoff in diesen Wäldern leise knapper wird, sogar an Orten weit entfernt von industrieller Verschmutzung. Die Autoren schließen, dass die abnehmende Stickstoffverfügbarkeit — angezeigt durch fallendes δ15N in Jahrringen — zunehmend begrenzen wird, wie viel zusätzlichen Kohlenstoff boreale Wälder aufnehmen können. Für den Laien ist die Botschaft klar: Wir können uns nicht darauf verlassen, dass nördliche Wälder immer mehr unserer Emissionen aufnehmen. Ihr Wachstumsschub unter höherem Kohlendioxid hat einen versteckten Nährstoffpreis, was es umso dringlicher macht, Treibhausgasemissionen an der Quelle zu reduzieren, statt allein auf Wälder zu setzen, um uns zu retten.

Zitation: Bassett, K.R., Hupperts, S.F., Jämtgård, S. et al. Rising atmospheric CO₂ reduces nitrogen availability in boreal forests. Nature 650, 629–635 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10039-5

Schlüsselwörter: boreale Wälder, Kohlendioxid, Stickstoffbegrenzung, Jahrringe, globaler Kohlenstoffkreislauf