Die Mischung macht’s: Vielfältige Baumpflanzungen fördern Ökosystemleistungen im Wald

Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift »Nature Communications« veröffentlicht wurde, zeigt, wie die räumliche Anordnung von Baumarten die Funktion und Produktivität von Waldökosystemen optimieren kann. Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des französischen Forschungszentrums CNRS nutzten Daten aus Feldversuchen und fortschrittliche Computermodelle, um verschiedene Anpflanzungsstrategien miteinander zu vergleichen.

Die Simulationen umfassten unterschiedliche Anordnungen von Baumarten, darunter Block- und Mini-Block-Designs, Pflanzungen in Einzel- und Doppelreihen sowie zufällige Verteilungen. Als Grundlage dienten reale Daten aus dem BEF-China-Experiment (Biodiversity-Ecosystem Functioning), darunter Baumwachstumsmodelle, Laubfallmessungen und Studien zur Zersetzungsrate. Mit diesen Daten erstellten die Forschenden Modelle, wie sich die räumliche Anordnung von Baumarten auf Ökosystemfunktionen wie das Wachstum der Bäume sowie Stickstoff- und Kohlenstoffkreisläufe auswirkt.

Zufällige Pflanzungen bieten viele ökologische Vorteile

Die Forschenden fanden heraus, dass die Art und Weise, wie Baumarten in einem Wald angeordnet sind – in Gruppen oder zufällig, in Block- oder Reihenpflanzung – die Produktivität beeinflusst. Diese sogenannte räumliche Heterogenität der Arten, also die Muster, in denen Arten innerhalb eines Waldes verteilt sind, wirkt sich darauf aus, wie die Nährstoffe durch das Ökosystem zirkulieren.

„Die Erkenntnisse aus der Biodiversitätsforschung zeigen seit Jahrzehnten, dass es  für Produktivität und Kohlenstoffspeicherung von Vorteil ist, wenn verschiedene Baumarten in Mischbeständen angepflanzt werden”, erklärt der Erstautor Rémy Beugnon, Postdoc bei iDiv. „Dieser Ansatz wird jedoch nur selten umgesetzt, was größtenteils daran liegt, dass es keine praktischen Leitlinien gibt, die den Zwängen der realen Forstwirtschaft Rechnung tragen.“

Die Modelle zeigen, dass eine zufällige Pflanzung die Biomasse der Bäume im Vergleich zu einer Anordnung in Gruppen um 11 Prozent erhöht. Eine gleichmäßigere Verteilung der Baumarten und somit auch  der herabgefallenen Blätter wirkt sich positiv auf die Verwertung von Nährstoffen und organischem Material aus, so die Autoren.

Bei größerer räumlicher Heterogenität konnte zudem mehr Kohlenstoff abgebaut werden: Während bei Blockanordnungen nach neun Monaten 36,5 % des Kohlenstoffs abgebaut waren, konnten in Zufallsanordnungen 47,1 % abgebaut werden. Insbesondere die Reihenpflanzung – bei der abwechselnd Reihen verschiedener Baumarten verwendet werden – bot einen Mittelweg zwischen ökologischem Nutzen und einfacher Waldbewirtschaftung. Hier waren nach neun Monaten 40,4 % des Kohlenstoffs abgebaut.

Ein weiterer Schlüsselfaktor ist die Vielfalt und die Zahl der Arten in einem bestimmten Waldbestand, unabhängig von deren Anordnung. Wälder mit einem breiten Artenspektrum zeigen einen höheren Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf im Vergleich zu weniger vielfältigen Wäldern. Sie bieten ein vielfältigeres Ressourcenangebot für Zersetzer,was die Zersetzung fördert.

„Die Kombination aus experimentellen Analysen und Vorhersagemodellen könnte zur Bewertung verschiedener Waldbewirtschaftungs-Szenarien beitragen. Neben der Bestätigung dieser Ergebnisse durch praktische Versuchsreihen wird ein wichtiger nächster Schritt darin bestehen, herauszufinden, wie allgemeingültig unsere Schlussfolgerungen sind und ob sie für verschiedene Waldtypen gelten“, erklärt Mitautor Benoit Gauzens von iDiv und der Universität Jena.

Die goldene Mitte: Reihenpflanzungen als Kompromiss

Mit Blick auf die Praxis weisen die Forschenden darauf hin, dass neben ökologischen Vorteilen auch die Umsetzbarkeit in der Forstwirtschaft wichtig ist. Während zufällige Bepflanzungen die besten ökologischen Ergebnisse liefern – darunter mehr Biodiversität, verbesserte Nährstoffkreisläufe und erhöhte Kohlenstoffbindung – bieten Reihenpflanzungen einen guten Kompromiss, die Arbeitsschritte wie das Ausdünnen und die Ernte vereinfacht.

Die Forschenden planen, ihre computergestützten Erkenntnisse durch langfristige Feldexperimente unter realen Bedingungen zu überprüfen. Solche Versuche könnten weitere Erkenntnisse dazu liefern, wie sich Baumartenvielfalt, räumliche Anordnung und Ökosystemfunktionen gegenseitig beeinflussen, und zu neuen Ansätzen für Wiederaufforstung und nachhaltige Forstwirtschaft beitragen.

„Diese Studie ist ein wichtiges Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung in der Praxis umgesetzt werden kann“, sagt Nico Eisenhauer, Professor an der Universität Leipzig und Gruppenleiter am iDiv. „Wir können die Biodiversität in Wäldern gezielt nutzen, wenn wir sie auf die richtige Weise anordnen. Zudem sehen wir, wie lokale Interaktionen zwischen Bäumen, Mikroklima und Bodenbiodiversität dazu beitragen können, zahlreiche Ökosystemleistungen in Wäldern zu verbessern.”