Verstärkte Ressourceneinschränkung durch beschleunigtes mikrobielles Wachstum dämpft die Reaktion auf erhöhtes CO2 in einem ausgewachsenen Wald

Warum mehr Kohlendioxid in der Luft nicht zwangsläufig zu stärkerem Waldwachstum führt

Wenn der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre steigt, hoffen viele, dass Wälder einfach schneller wachsen und mehr von diesem überschüssigen Kohlenstoff aufnehmen, wodurch der Klimawandel gebremst wird. Wälder leben jedoch nicht nur von Kohlendioxid. Sie benötigen auch Nährstoffe aus dem Boden und teilen diese mit weitreichenden Gemeinschaften von Mikroben. Diese Studie untersucht, was in einem ausgewachsenen australischen Eukalyptuswald passiert, wenn die Luft über ein Jahrzehnt mit zusätzlichem CO2 angereichert wird, und zeigt, dass hungrige Bodenmikroben die Fähigkeit des Waldes, Kohlenstoff zu binden, ausbremsen können.

Ein Waldexperiment in der realen Welt

Um über kleine Topfpflanzen und kurzfristige Versuche hinauszukommen, nutzten die Forscher ein groß angelegtes Freilandexperiment namens EucFACE in einem einheimischen Eukalyptuswald in Australien. Dort umgeben riesige Metallringe Waldflächen und geben vorsichtig zusätzliches CO2 in die Luft ab, wodurch die Konzentrationen auf Werte ansteigen, die für spätere Jahrzehnte dieses Jahrhunderts erwartet werden, während benachbarte Ringe auf dem heutigen Niveau bleiben. Der Boden an diesem Standort ist arm an Phosphor, einem wichtigen Nährstoff für Pflanzenwachstum. Frühere Arbeiten zeigten, dass erhöhtes CO2 zunächst die Photosynthese der Bäume anregte, ihr Biomassezuwachs jedoch nur gering war und der zusätzlich eingebrachte Kohlenstoff größtenteils wieder aus dem Boden an die Luft abgegeben wurde. Wissenschaftler vermuteten, dass Bodenmikroben Phosphor horten und so das Baumwachstum begrenzen könnten, doch es fehlten direkte Tests, wie diese Mikroben auf Kohlenstoff- und Nährstoffknappheit reagieren.

Untersuchung, woran Bodenmikroben fehlen

Das Team sammelte Bodenproben aus sowohl Normal-CO2- als auch Hoch-CO2-Ringen nach zehn Jahren Behandlung. Im Labor führten sie zwei Versuchstypen durch. Zuerst fügten sie den Böden über kurze Zeiträume verschiedene Kombinationen aus Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor zu und maßen, wie schnell die Mikroben wuchsen und atmeten. Ein Wachstumsschub nach einer bestimmten Zugabe zeigt, welche Ressource am stärksten limitiert ist. Zweitens führten sie einen längeren sechs Wochen dauernden Versuch durch, in dem sie große Mengen Laubstreu mit oder ohne zusätzliches Stickstoff- und Phosphordünger einbrachten, um zu beobachten, wie Bodenmikroben über die Zeit in Bezug auf Wachstum, Enzymaktivität und Nährstoffspeicherung reagieren.

Mikroben verlangen zuerst nach Kohlenstoff, zweitens nach Phosphor

Entgegen den Erwartungen für diesen phosphorarmen Wald war das mikrobielle Wachstum vor allem durch Kohlenstoff begrenzt und nur sekundär durch Phosphor. Mit anderen Worten: Die Zersetzer im Boden waren am stärksten durch das Fehlen leicht verwertbarer Kohlenstoffnahrung eingeschränkt, obwohl die Pflanzen selbst durch niedrige Phosphorverfügbarkeit gebremst wurden. Die Zugabe von Kohlenstoff und Laubstreu stimulierte das mikrobielle Wachstum stark, und die Kombination dieser Einträge mit Phosphor verstärkte den Effekt, was bestätigte, dass beide Ressourcen eine Rolle spielten. Überraschenderweise machte langfristige Exposition gegenüber erhöhtem CO2 diese Einschränkungen noch stärker: Mikroben in Hoch-CO2-Böden zeigten größere Wachstumsreaktionen, wenn Kohlenstoff und Phosphor zugeführt wurden, was darauf hindeutet, dass sie in beiden Komponenten stärker unter Mangel litten.

Schneller wachsendes Mikroleben, gleiches Gemeinschaftsbild

Warum sollten Mikroben stärker durch Kohlenstoff limitiert werden, wenn unter erhöhtem CO2 mehr pflanzlicher Kohlenstoff in den Boden gelangt? Die Autoren vermuten, dass die zusätzlichen Wurzelexudate und Streu „kopiotrophe“ Mikroben begünstigen — Organismen, die schnell wachsen, wenn Ressourcen reichlich vorhanden sind, aber viel Treibstoff benötigen, um dieses Tempo aufrechtzuerhalten. Messungen stützten diese Idee: Die gesamten mikrobiellen Wachstumsraten waren unter erhöhtem CO2 höher, hauptsächlich getrieben durch Bakterien, während Atmung, Gesamtbiomasse und die grobe Zusammensetzung der Gemeinschaft sich kaum änderten. Enzyme, die auf das Freilegen von Kohlenstoff und Phosphor aus organischem Material spezialisiert sind, wurden prominenter, was darauf hindeutet, dass Mikroben mehr Aufwand in die Gewinnung dieser knappen Ressourcen investierten. Gleichzeitig banden Mikroben Phosphor effizient in ihrem eigenen Biomassebestand, wenn er verfügbar war, wodurch der lokale Nährstoffkreislauf weiter verschärft wurde.

Was das für die Kohlenstoffspeicherung im Wald bedeutet

Das entstehende Bild zeigt einen ausgewachsenen Wald, in dem zusätzliches atmosphärisches CO2 mehr Kohlenstoff in den Boden speist, dies aber hauptsächlich eine schnell wachsende mikrobielle Gemeinschaft antreibt, die sowohl nach Kohlenstoff als auch nach Phosphor hungert. Diese Mikroben verzehren frische Streu rasch, bauen ältere organische Substanz zur Nährstoffgewinnung ab und immobilisieren Phosphor in ihren Zellen. Infolgedessen bleibt weniger Phosphor für Bäume übrig, und ein Großteil des eingehenden Kohlenstoffs wird schnell wieder in die Atmosphäre zurückgeführt, anstatt in Holz oder langlebigen Bodenspeichern gebunden zu werden. Für Laien lautet die Kernaussage: Ein Anstieg von CO2 garantiert nicht, dass Wälder mehr Kohlenstoff einlagern. Vielmehr kann der verdeckte Nährstoffwettstreit zwischen Wurzeln und Mikroben die Rolle des Waldes als langfristige Kohlenstoffsenke schwächen, insbesondere in älteren, phosphorarmen Ökosystemen.

Zitation: Yuan, M., Macdonald, C.A., Hicks, L.C. et al. Strengthened resource limitation driven by accelerated microbial growth dampens response to elevated CO₂ in a mature forest. Commun Earth Environ 7, 261 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03365-7

Schlüsselwörter: erhöhtes CO2, Bodenmikroben, Waldkohlenstoff, Phosphormangel, EucFACE