Globale Modellierung der Erlenverteilung und der Leguminosendichte zur Verwendung in globalen N2 Fixierungsmodellen

Abstract

Der Stickstoff und damit die Stickstofffixierung sowie die Stickstofffixierer sind für das Verhalten der Biosphäre gegenüber dem Kohlenstoff von ganz entscheidender Bedeutung. Denn neue Untersuchungen mit globalen, zeitlich und räumlich hochauflösenden Modellen der gekoppelten Kreisläufe des Kohlenstoffs und des Stickstoffs haben gezeigt, dass der Prozess der Bindung des molekularen Stickstoffs aus der Atmosphäre durch Organismen die entscheidende Rolle für die Bindung des Kohlenstoffs spielt. Somit gewann in der Wissenschaft auch das Verständnis der mit der Fixierung molekularen Stickstoffs verbundenen Prozesse und ihrer Regulation auf globaler Ebene grundlegende Bedeutung. Neben frei lebenden Mikroorganismen, die Stickstofffixierung leisten, spielen vor allem auch symbiotische Mikroorganismen zusammen mit ihren Wirtspflanzen eine entscheidende Rolle. Unter anderen zählen die Erlen und die Leguminosen zu den wichtigsten stickstofffixierden Pflanzen. In dieser Arbeit wurde die Verbreitung der Erlen sowie die Dichte der Leguminosen auf globaler Ebene modelliert. Dafür wurden zwei neue Modelle entwickelt. Das erste Modell (Alnus-Distribution-Model) sagt die Verbreitung der Erlen anhand von Klima, Boden- und Vegetationstypen vorher. Die Modellierungsstudien haben gezeigt, dass die Verbreitung der Erlen in der Nordhalbkugel der Erde nur klimaabhängig ist. Jedoch spielen die Bodentypen und die potentielle natürlichen Vegetation auf der Südhalbkugel eine große Rolle. Beim Vergleich dieser Modellergebnisse mit einer globalen Datenbank GBIF (The Global Biodiversity Information Facility) über die Verbreitung von Pflanzenarten ergaben sich einige Unterschiede, die aber vermutlich auf eine ungenügende Dokumentation in der Datenbank zurückgeführt werden können, wie ein Vergleich mit Literaturangaben belegt. Im zweiten Teil der Arbeit, der Entwicklung eines Modells zur Vorhersage der Leguminosendichte (Global Density of Legumes), wurden zur Bestimmung geeigneter Variablen zunächst Korrelationsanalysen zwischen der Leguminosendichte und sechs Klimawerten sowie neun Bodenwerten vorgenommen. Dabei wurde festgestellt, dass die Leguminosendichte im Wesentlichen durch die mittlere Jahressumme der Niederschläge bestimmt wird. Die entsprechende Funktion, die beide Größen koppelt, ist eine Maximumfunktion, die eine niedrige Leguminosendichte für geringe und für sehr hohe Niederschläge vorhersagt. Die größte Leguminosendichte mit bis zu 35 Prozent Anteil an der Gesamtbiomasse ergibt sich für eine mittlere Jahressumme der Niederschläge von rund 1 250 mm. Die Validierung der beiden Modelle hat eine verhältnismäßig gute Übereinstimmung der Modellergebnisse mit den verfügbaren Beobachtungsdaten gezeigt. Eine überraschende Feststellung war, dass es keine Korrelation zwischen den neun Bodeneigenschaften und der Leguminosendichte in den Standorten gibt.