Forschung: Feinwurzeln der Bäume deutlich jünger als gedacht

Internationale Forscher bestimmten mit einer neuen Methode das Alter von Feinwurzeln, mit denen Bäume Wasser und Nährstoffe aufnehmen.

Jahresringe in Querschnitten von Feinwurzeln. Bild: Emily Solly, Eidg. Forschungsanstalt WSL, Schweiz.

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In der kürzlich veröffentlichten Studie fanden sie heraus, dass die ohnehin kurzlebigen Feinwurzeln im Schnitt 10 Jahre jünger sind als bisher angenommen. Denn in herkömmlichen Analysen erscheinen Wurzeln älter, da Bäume auch älteren Kohlenstoff aus Speicherorganen zur Wurzelbildung verwenden können. Das Forscherteam, unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena, vermutet hinter dieser Art der Kohlenstoffnutzung eine Überlebensstrategie der Bäume für trockene Perioden.

Zum Wachsen und Leben sind Bäume auf Wasser und Nährstoffe angewiesen, die sie über ihre Feinwurzeln aus dem Boden aufnehmen und danach über Seiten- und Hauptwurzeln an die oberirdischen Pflanzenteile weiterleiten. Da Wurzeln im Gegensatz zu Blättern und Ästen im Verborgenen wachsen, war über den Lebenszyklus der Feinwurzeln bisher wenig bekannt. Wie die Blätter werden auch sie kontinuierlich neu gebildet und sterben periodisch wieder ab.

In einer vergleichenden Studie bestimmte das Forscherteam aus der Schweiz, Finnland und Deutschland das Alter der Feinwurzeln von einigen Hundert Bäumen (Pinien, Fichten, Buchen, Birken), die in Wäldern der gemäßigten Zone (Deutschland, Schweiz), der borealen Zone (Schweden) und der subarktischen Region (Nordrussland) wachsen. Dazu untersuchten sie zum einen das Alter des Kohlenstoffs, aus dem die Wurzeln aufgebaut wurden, anhand der vorhandenen 14C-Kohlenstoffisotope. Mit der sogenannten Radiokarbonmethode wird ermittelt, wann genau der untersuchte Kohlenstoff erstmalig aus der Atmosphäre mittels Photosynthese in die Pflanze gelangte. Bei den Feinwurzeln wurde so, je nach Art und Herkunft der Bäume, ein mittleres Alter von 10 - 20 Jahren gemessen.

An denselben Feinwurzeln, die meist nur bis zu etwa 2 mm dick werden, erprobten die Forscher eine neue Methode: In dünnen Querschnitten zählten sie die Jahresringe, die hier ähnlich wie in Baumscheiben auftreten. Überraschenderweise lieferte diese mikroskopische Methode sehr viel jüngere Durchschnittsalter der Feinwurzeln. Sie lagen zwischen 1-3 Jahren bei Bäumen der gemäßigten und borealen Zone und waren nur bei Bäumen an der subarktischen Baumgrenze mit 4-12 Jahren deutlich älter. Damit ergab die neue Jahresring-Methode, unabhängig vom Lebensraum der Bäume, durchschnittlich 10 Jahre jüngere Wurzeln im Vergleich zur Radiokarbonmethode.

Nach weiteren Experimenten und Literaturrecherchen zur Klärung des überraschenden Befunds waren sich die Forscher einig: „Diese überraschenden Altersunterschiede können wir am wahrscheinlichsten damit erklären, dass neue Feinwurzeln aus älteren Kohlenstoffreserven der Pflanzen gebildet werden“ kommentiert Dr. Emily Solly, Erstautorin der Studie, das Ergebnis. Die herkömmliche Radiokarbonmethode überschätzt damit das tatsächliche Wurzelalter deutlich. Sie misst zwar das korrekte Kohlenstoff-Alter, die Wurzelausbildung ist jedoch jüngeren Datums.

Dass Pflanzen Kohlenstoffreserven in verschiedenen Speicherorganen anlegen können, ist lange bekannt. Dass die Reserven maßgeblich zum Aufbau der Feinwurzeln beitragen, wurde bisher nicht vermutet. Die Forscher deuten diese Art der Kohlenstoffnutzung als wichtige Überlebensstrategie der Pflanzen, die eine Anpassung an variable Umweltbedingungen erlaubt: Kohlenstoff, unter günstigen Klimabedingungen durch Photosynthese aufgenommen, kann später in trockenen Jahren zur Ausbildung der Feinwurzeln eingesetzt werden, die für die Wasser- und Nährstoffaufnahme so wichtig sind.

Eine weitere Konsequenz der Studie ist, dass bisher die Menge der organischen Substanz unterschätzt wurde, die durch absterbende Wurzeln beständig in den Boden eingetragen wird. „Wurzeln sind von zentraler Bedeutung für den im Boden gespeicherten Kohlenstoff“ erklärt Marion Schrumpf, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. “Genau zu bestimmen, wieviel Kohlenstoff jährlich durch abgestorbene Wurzeln in den Boden gelangt, ist jedoch immer noch eine Herausforderung für die Wissenschaft und wir müssen dafür wissen, wie lange Wurzeln leben.“

Die Forscher konnten dieses Wissen jetzt an Bäumen ableiten, die aus einem großen Bereich verschiedener Ökosysteme unserer Erde stammen. Sie schätzen die globale Bedeutung daher als sehr hoch ein: „ Die neuen Erkenntnisse werden unser Verständnis der Kohlenstoff-Versorgung in den Pflanzen wesentlich verbessern, und darüber hinaus auch unsere Modelle des Kohlenstoffkreislaufs zwischen Pflanzen und Böden.“ sagt Prof. Susan Trumbore, Direktorin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie. (Quelle: Max-Planck-Institut für Biogeochemie)

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