Divergent biodiversity–carbon relationships across vertically distributed forest biomes on the Tibetan Plateau

Wälder werden oft als die Lungen des Planeten angesehen, die Kohlendioxid aufsaugen und es in Holz und Blättern speichern. Seit Jahrzehnten debattieren Ökologen über eine einfache, aber tiefgreifende Frage: Macht es einen Wald besser bei dieser Aufgabe, wenn er mehr verschiedene Arten von Bäumen besitzt? Die vorherrschende Idee, bekannt als die Biodiversitäts-Ökosystem-Funktions-Beziehung, legt nahe, dass ein vielfältiger Mix aus Arten wie eine gut geölte Maschine funktioniert, bei der jeder Baum eine einzigartige Rolle übernimmt und Ressourcen wie Sonnenlicht und Wasser auf eine Weise nutzt, die das Wachstum der gesamten Gruppe steigert. Doch die Natur ist selten statisch. Wälder verändern sich, während sie altern, werden höher, dichter und komplexer. Ein zentrales Rätsel ist bisher geblieben: Bleibt der Nutzen eines hohen Baumartenreichtums gleich, während ein Wald reift, oder verschiebt, schwächt oder verschwindet er sogar, wenn die Bäume alt werden? Das Verständnis dessen ist entscheidend, da Wälder unser mächtigstes natürliches Werkzeug zur Verlangsamung des Klimawandels sind, und wir müssen wissen, ob das Pflanzen eines Mix aus Arten eine Strategie ist, die dauerhaft Früchte trägt oder nur für eine gewisse Zeit.

Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, dieses Rätsel zu lösen, indem es die echten, lebenden Wälder des Tibetischen Plateaus untersuchte. Anstatt einen einzelnen kleinen Plot oder einen jungen Wald zu untersuchen, analysierten sie Daten von 1.248 Waldplots, die sich über einen massiven Höhenbereich erstreckten, von warmen Tieflandgebieten bis hin zu kalten Hochlagen. Diese Plots enthielten nahezu 120.000 Bäume und wurden über acht verschiedene Zählungen zwischen 1979 und 2017 überwacht. Diese langfristige Sicht ermöglichte es ihnen, zu beobachten, wie sich die Beziehung zwischen Baumdiversität und Kohlenstoffspeicherung veränderte, während die Wälder von jungen Setzlingen zu reifen Giganten heranwuchsen. Sie konzentrierten sich auf vier verschiedene Waldtypen, die in unterschiedlichen Höhen vorkommen: Mischwälder aus immergrünen und sommergrünen Laubbäumen, reine sommergrüne Laubwälder, Mischwälder aus Nadel- und Laubbäumen sowie reine Nadelwälder.

Die Forscher fanden heraus, dass, wenn man alle Wälder zusammen betrachtet, die Antwort einfach erscheint: Mehr Baumarten bedeuten im Allgemeinen mehr gespeicherten Kohlenstoff. Dies bestätigt die klassische Idee, dass Diversität hilft. Als sie jedoch genauer hinschauten, um zu sehen, wie sich dies im Laufe der Zeit und über verschiedene Waldtypen hinweg abspielte, wurde die Geschichte viel komplizierter. Der positive Effekt der Diversität war keine stetige, unveränderliche Kraft. Stattdessen folgte er sehr unterschiedlichen Pfaden, abhängig von der Art des Waldes und seinem Alter. In einigen Wäldern verblasste der Nutzen der Diversität, während die Bäume älter wurden. In anderen nahm er zu, bevor er sich einpendelte. In einigen Fällen kehrte sich die Beziehung sogar um, sodass ein höherer Artenreichtum in den ältesten Beständen tatsächlich mit weniger Kohlenstoffspeicherung korrelierte.

Die Art des Waldes spielte eine immense Rolle. In Wäldern, die von sommergrünen Laubbäumen dominiert werden – jenen, die im Winter ihre Blätter verlieren –, war der Schub durch die Diversität stark, als der Wald noch jung war, verblasste jedoch schnell. Als diese Wälder ein Alter von etwa 100 Jahren erreichten, verschwand der Nutzen der Vielfalt und wurde sogar negativ. Die Forscher vermuten, dass dies geschieht, weil diese schnell wachsenden Bäume den Raum schnell ausfüllen, einander verdrängen und erbittert um Licht konkurrieren. Sobald sich das Kronendach schließt, hilft es dem Wald nicht mehr, mehr Arten hinzuzufügen; stattdelt die Bäume stattdessen nur um dieselben begrenzten Ressourcen. Im Gegensatz dazu zeigten Nadelwälder ein anderes Muster. Ihr Diversitätsvorteil erreichte einen Höhepunkt um das 100. Lebensjahr herum, bevor er langsam abnahm, aber er wurde nie negativ. Diese Wälder, die oft von langsamer wachsenden Koniferen dominiert werden, behielten eine stabilere Beziehung zwischen Diversität und Kohlenstoffspeicherung über eine längere Zeit bei.

Die stabilsten Ergebnisse lieferten die Mischwälder, die Nadel- und Laubbäume kombinierten. In diesen Beständen blieb der positive Effekt der Diversität über die gesamte Lebensdauer des Waldes, von jungen Setzlingen bis zu alten Giganten, konsistent und stark. Die Forscher glauben, dass dies daran liegt, dass die verschiedenen Baumtypen auf eine Weise zusammenpassen, die die Konkurrenz reduziert. Die Nadelbäume und die Laubbäume haben unterschiedliche Formen und Wuchsformen, was es ihnen ermöglicht, Raum und Licht effizienter gemeinsam zu nutzen, als es entweder allein möglich wäre. Diese strukturelle Harmonie erlaubte es dem Wald, die Vorteile der Diversität auch im Alter weiterhin zu ernten.

Die Studie zeigt, dass das Geheimnis dahinter, warum Diversität einem Wald hilft oder schadet, in der Art und Weise liegt, wie der Wald seine Struktur aufbaut. Während Bäume wachsen, verändern sie die Umgebung um sich herum. In Wäldern, in denen die Bäume schnell wachsen und den Raum ohne viel Variation in Form und Größe ausfüllen, verschwindet der Vorteil der Vielfalt. Der Wettbewerb zwischen den Bäumen wird so intensiv, dass die einzigartigen Vorteile der Diversität verloren gehen. Aber in Wäldern, in denen sich die Struktur schrittweise entwickelt und eine komplexe, vielschichtige Umgebung schafft, können die Vorteile der Diversität viel länger anhalten. Die Forscher fanden heraus, dass, wenn ein Wald eine komplexe Struktur entwickelt – in der Bäume unterschiedlicher Höhe und Form ein reichhaltiges, dreidimensionales Habitat schaffen –, die positiven Effekte der Diversität aufrechterhalten werden. Diese Komplexität ermöglicht es verschiedenen Arten, nebeneinander zu existieren, ohne um denselben Platz zu kämpfen, was den Wald über Jahrhunderte produktiv und kohlenstoffreich hält.

Diese Arbeit verändert die Art und Weise, wie wir über Wälder und den Klimawandel denken sollten. Sie legt nahe, dass die Regel „mehr Diversität ist immer besser“ zu simpel ist. Der Wert eines diversen Waldes hängt davon ab, welche Arten von Bäumen dort sind und wie der Wald wächst. Ein Wald aus schnell wachsenden Laubbäumen mag in seiner Jugend einen großen Schub durch Diversität erhalten, aber dieser Schub könnte mit zunehmendem Alter verschwinden. Ein Mischwald aus verschiedenen Baumtypen hingegen kann diesen Schub für eine sehr lange Zeit beibehalten. Die Ergebnisse implizieren, dass wir zur Maximierung der Kohlenstoffspeicherung nicht einfach irgendwelche Baumarten mischen dürfen; wir müssen berücksichtigen, wie diese Bäume interagieren werden, während sie wachsen, und wie sich ihre physische Struktur entwickeln wird. Der Wald ist nicht eine statische Sammlung von Bäumen, sondern ein dynamisches System, in dem die Anordnung von Ästen und Blättern bestimmt, ob Diversität dem Wald beim Kampf gegen den Klimawandel hilft oder ihn behindert.

Die Forscher waren sorgfältig darauf bedacht, darauf hinzuweisen, dass ihre Ergebnisse aus natürlichen Wäldern auf dem Tibetischen Plateau stammen, die spezifische Klimata und Baumarten besitzen. Während die von ihnen gefundenen Muster eine kraftvolle neue Art und Weise bieten, das Waldwachstum zu verstehen, räumen sie auch ein, dass andere Faktoren, wie Bodenbedingungen und menschliche Störungen, eine Rolle spielen. Sie haben nicht die Rate gemessen, mit der Kohlenstoff in den Wald aufgenommen wird, sondern die Gesamtmenge, die zu einem gegebenen Zeitpunkt gespeichert ist. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Studie einen klaren, evidenzbasierten Rahmen für das Verständnis, warum Wälder sich unterschiedlich verhalten. Sie geht über die einfache Frage, ob Diversität hilft, hinaus, um die komplexere Frage zu beantworten, wann, wo und warum sie hilft. Durch die Verknüpfung der Anzahl der Baumarten mit der physischen Struktur des Waldes bietet die Studie eine Roadmap für die Vorhersage, wie Wälder in Zukunft Kohlenstoff speichern werden, und legt nahe, dass der Schlüssel zu einem kohlenstoffreichen Wald in der Förderung einer komplexen, vielschichtigen Struktur liegt, die es vielfältigen Arten ermöglicht, über lange Zeiträume gemeinsam zu gedeihen.