Warum fallen die blätter im herbst ab

Sobald die Tage kürzer und die Temperaturen kühler werden, färbt sich das Laub unserer Bäume leuchtend bunt und fällt schließlich ab. Weit verbreitet war bisher die Annahme, dass steigende Durchschnittstemperaturen in Folge des Klimawandels den Bäumen ermöglichen, ihre Blätter länger zu behalten, länger Photosynthese zu betreiben und somit mehr CO2 zu binden. Doch diese Rechnung geht nur bedingt auf. Wie Forscher nun gezeigt haben, ist die jährliche Kohlenstoffspeicherkapazität der Laubbäume begrenzt. Sind die Speicher voll, werfen die Bäume ihre Blätter sogar eher ab, obwohl die Temperaturen ein längeres Grünen erlauben würden.

Mit Hilfe des grünen Blattfarbstoffes Chlorophyll wandeln Pflanzen bei der Photosynthese Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff um. Auf diese Weise binden allein die Wälder in Deutschland jedes Jahr viele Millionen Tonnen CO2 und gleichen so einen Teil der Treibhausgasemissionen aus. Beobachtungen über mehrere Jahrzehnte hinweg haben gezeigt, dass die Bäume in unseren Breiten in Folge der globalen Erwärmung Jahr für Jahr früher austreiben und ihre Blätter etwas später abwerfen. Würde sich dieser Trend fortsetzen, hieße das, dass die Bäume immer mehr CO2 pro Jahr binden können, da ihnen eine längere Grünphase zur Verfügung steht. Berechnungen zufolge könnte jeder Hektar Wald pro Tag, den er die Blätter später abwirft, 98 Kilogramm zusätzliches CO2 binden.

Beobachtungsdaten und eigene Experimente

Doch ist wirklich allein das Klima dafür verantwortlich, wie lange Bäume ihre Blätter behalten? Das hat nun ein Team um Deborah Zani von der ETH Zürich überprüft. Dazu werteten die Forscher einerseits Beobachtungsdaten von 3855 mitteleuropäischen Standorten von 1948 bis 2015 aus. Erfasst wurde jeweils, wann sechs typische Laubbaumarten – Gewöhnliche Rosskastanie, Hänge-Birke, Rotbuche, Europäische Lärche, Stieleiche und Vogelbeerbaum – in diesen Jahren austrieben und wann sie ihre Blätter verloren. Zusätzlich stellten die Forscher eigene Experimente an, bei denen sie Bäume unter kontrollierten Bedingungen unterschiedlichen Temperaturen, CO2-Konzentrationen und Sonneneinstrahlungen aussetzten.

Das Ergebnis: Zwar stimmt es, dass Bäume bei wärmeren Temperaturen ihre Blätter länger behalten können. Doch dieser Effekt ist begrenzt. Denn ab einem bestimmten Punkt lohnt es sich für die Bäume nicht mehr, weiter Photosynthese zu betreiben, da ihr jährliches Wachstumspotenzial ausgereizt und ihre Kohlenstoffspeicher gefüllt sind. Aufgrund anderer begrenzter Ressourcen – etwa Stickstoff – und bedingt durch notwendige Reifungsprozesse des Pflanzengewebes können sie in einem Jahr nicht unbegrenzt wachsen. Während bisher tatsächlich oft das Klima der limitierende Faktor war, könnte daher bei steigenden Temperaturen die eingeschränkte Kohlenstoffspeicherkapazität darüber bestimmen, wann die Bäume ihre Blätter abwerfen.

Höhere Photosynthese-Aktivität lässt Blätter früher altern

Eine Rolle spielt dabei, dass die Bäume im Frühjahr eher austreiben und somit früher im Jahr mit der Fotosynthese beginnen. Auch stärkere Sonneneinstrahlung im Sommer und ein höherer CO2-Gehalt der Luft tragen dazu bei, dass der Baum seine Kohlenstoffspeicher schneller füllt. „Höhere photosynthetische Aktivität führt dazu, dass sich der saisonale Zyklus der Pflanzen beschleunigt. Letztlich sorgt das dafür, dass Alterungsprozesse der Blätter früher einsetzen“, erklären die Autoren. In einem ihrer Experimente zeigten sie, dass Bäume, die im Schatten stehen und somit weniger intensiv Photosynthese betreiben können, ihre Blätter durchschnittlich 8 bis 13 Tage später abwerfen als artgleiche Exemplare in der Sonne. Insgesamt banden die Bäume im Schatten und in der Sonne über das Jahr hinweg ähnlich viel CO2.

Auf Basis ihrer Erkenntnisse entwickelten die Forscher eine Computermodellierung, die neben klimatischen Bedingungen auch die Photosyntheserate und die begrenzten Kohlenstoffspeicher der Bäume einbezieht. Ihr Modell testeten sie an den historischen Beobachtungsdaten seit 1948. Und tatsächlich: Mit Hilfe dieses Modells konnten Zani und ihr Team den Zeitpunkt des herbstlichen Blätterfalls um bis zu 42 Prozent genauer bestimmen als bisherige Modelle. „Die hohe Vorhersagekraft unseres Modells unterstreicht, wie wichtig die Pflanzenaktivität im Frühling und Sommer für das Blätterfallen im Herbst ist“, schreiben die Forscher.

Fallen die Blätter in Zukunft früher?

Frühere Modelle, die den Fokus auf klimatische Bedingungen legten, gingen davon aus, dass sich der herbstliche Blätterfall bis Ende des Jahrhunderts um durchschnittlich zwei bis drei Wochen nach hinten verschiebt. Das neue Modell von Zanis Team dagegen prognostiziert, dass die Blätter Ende des Jahrhunderts sogar drei bis sechs Tage eher fallen könnten. Durch früheres Austreiben im Frühling würde sich die jährliche Grünphase demzufolge dennoch verlängern – allerdings nur um acht bis elf Tage und nicht wie bisher angenommen um rund einen Monat. Die Forscher schränken allerdings ein, dass noch unklar ist, inwieweit sich die Beobachtungen an den sechs ausgewählten Baumarten auf andere Bäume übertragen lassen, etwa auf solche, die Stickstoff fixieren können.

„Die Studie zeigt, dass die Kohlenstoffspeicherkapazität der Wälder auf eine Weise limitiert ist, die wir noch nicht vollständig verstehen“, schreibt Christine Rollinson vom Center for Tree Science in Illinois in einem Kommentar zur Studie, der in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde. „Bäume und Wälder sind zwar weiterhin eine Lösung, um die Auswirkungen des Klimawandels abzuschwächen, können aber nicht das einzige Mittel zur Reaktion auf den Klimawandel sein. Um die von Menschen verantworteten Kohlenstoffemissionen abzumildern, ist ein vielfältiges Portfolio an Klimaschutzmaßnahmen wichtig, darunter die Reduzierung von Emissionen sowie die Erhaltung und Neuanpflanzung von Bäumen.“

Quelle: Deborah Zani (ETH Zürich) et al., Science, doi: 10.1126/science.abd8911

© wissenschaft.de - Elena Bernard

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