Anpassung an den Klimawandel - Erhöhung der Wasserretention, Bodenstabilität und CO2-Bindung in Waldböden durch Moose

Abstract

Die Vitalität der Wälder ist eng mit dem Klimawandel verknüpft. Neben steigenden Temperaturen werden veränderte Niederschlagsmuster und eine Zunahme von Extremereignissen beobachtet, wodurch Trockenstress zu einer der größten Belastungen für Waldökosysteme geworden ist. In diesem Zusammenhang kommt den Waldböden eine Schlüsselrolle zu, insbesondere aufgrund ihrer Bedeutung für den Wasserhaushalt sowie ihrer Wechselwirkungen mit der Bodenvegetation. Moose und Flechten stellen dabei einen unterschätzten ökologischen Faktor in Waldökosystemen dar. Sie wirken als Wasserspeicher, stabilisieren den Boden und mindern Erosion, vor allem in jungen Waldbeständen und an gestörten Standorten. Diese Prozesse sind bislang nur unzureichend quantifiziert. Zudem leisten Moose einen relevanten Beitrag zum globalen Kohlenstoffkreislauf, insbesondere in gemäßigten und borealen Wäldern. Vor diesem Hintergrund wurden im hier vorgestellten Projekt AnKliMoos Anpassungsmöglichkeiten von Wäldern an den Klimawandel über eine Erhöhung der Wasserretention, der Strukturstabilität und der CO₂-Bindung in Waldböden durch Moosgesellschaften untersucht. Ein Fokus der Arbeiten lag dabei auf der Trockenresistenz von Waldbeständen sowie dem Erosionsschutz an Störungsstellen in Waldökosystemen. Dazu wurden auch die Kohlenstoffbindung Waldböden durch Moose berücksichtigt sowie die klimatischen Auswirkungen von langanhaltenden Trockenzeiten verursacht durch den aktuellen Klimawandel. In diesem Zusammenhang sind spezifische Effekte einzelner Schlüsselarten untersucht worden. Angesichts der regional stark heterogenen Niederschlagsentwicklungen in Deutschland standen natürliche Moosgesellschaften in zwei klimatisch unterschiedlichen Untersuchungsgebieten im Fokus und wurden zusätzlich durch im Labor angezogene Moose vergleichend ergänzt. Moosgesellschaften zeigten sich im hier vorgestellten Projekt als widerstandsfähige, wechselfeuchte Organismen, die sich an sehr unterschiedliche Waldstandorte anpassen können und auch Trocken-, Frost- und Extremereignisse überdauern. Sie besiedeln Waldböden großflächig, prägen insbesondere das Mikroklima unter dem Kronendach und bilden mit anderen Organismen biologische Bodenkrusten, die den Boden stabilisieren, schützen und Lebensraum für zahlreiche Wirbellose bieten. Die Freiland- und Laboruntersuchungen zeigen, dass Moose eine zentrale Rolle im Wasserhaushalt der Waldböden spielen, indem sie große Mengen Wasser speichern, die Verdunstung reduzieren, die Infiltration erhöhen und Oberflächenabfluss sowie Erosion deutlich verringern. Gleichzeitig wirken sie als bedeutende Kohlenstoffsenken, fördern die Humusbildung, erhöhen die organische Bodensubstanz und verbessern die Bodenstruktur, wobei ihre Effekte stark von Art, Bodentyp und klimatischen Bedingungen abhängen. Vergleiche zwischen dem feuchten Fichten-Mischwald in Südwestdeutschland und dem trockeneren Kiefernwald in Brandenburg verdeutlichen, dass Moose ihre physiologische Aktivität zunehmend in kühlere und feuchtere Jahreszeiten verlagern und selbst im Winter bei niedrigen Temperaturen noch Photosynthese betreiben können. Insgesamt machen die Ergebnisse deutlich, dass Moosgemeinschaften wichtige Beiträge zur Stabilisierung von Waldökosystemen leisten, deren Resilienz gegenüber dem Klimawandel erhöhen und zugleich wertvolle Ansatzpunkte für Monitoring, Modellierung und nachhaltige forstliche Maßnahmen bieten. The vitality of forests is closely linked to climate change. In addition to rising temperatures, changing precipitation patterns, and an increase in extreme events have been observed, making drought stress one of the greatest challenges for forest ecosystems. In this context, forest soils play a key role, particularly due to their importance for the water balance and their interactions with ground vegetation. Mosses and lichens are an underestimated ecological factor in forest ecosystems. They act as water reservoirs, stabilize the soil, and reduce erosion, especially in young forest stands and disturbed sites. These processes have not yet been adequately quantified. In addition, mosses make a relevant contribution to the global carbon cycle, especially in temperate and boreal forests. Against this background, the AnKliMoos project investigated ways in which forests can adapt to climate change by increasing water retention, structural stability, and CO₂ sequestration in forest soils through moss communities. The work focused on the drought resistance of forest stands and erosion protection at disturbance sites in forest ecosystems. The carbon sequestration of forest soils by mosses and the climatic effects of prolonged dry periods caused by current climate change were also taken into account. In this context, the specific effects of individual key species were investigated. In view of the highly heterogeneous regional precipitation patterns in Germany, the focus was on natural moss communities in two climatically different study areas, which were additionally supplemented by mosses grown in the laboratory for comparison purposes. In the presented project, moss communities proved to be resilient, alternately moist organisms that can adapt to very different forest locations and also survive drought, frost, and extreme events. They colonize large areas of forest soil, shape the microclimate under the canopy, and, together with other organisms, form biological soil crusts that stabilize and protect the soil and provide habitat for numerous soil fauna. Field and laboratory studies show that mosses play a central role in the water balance of forest soils by storing large amounts of water, reducing evaporation, increasing infiltration, and significantly reducing surface runoff and erosion. At the same time, they act as important carbon sinks, promote humus formation, increase organic soil matter, and improve soil structure, although their effects depend heavily on species, soil type, and climatic conditions. Comparisons between the moist mixed spruce forest in southwestern Germany and the drier pine forest in Brandenburg show that mosses increasingly shift their physiological activity to cooler and wetter seasons and can still photosynthesize even in winter at low temperatures. Overall, the results clearly show that moss communities make important contributions to stabilizing forest ecosystems, increasing their resilience to climate change, and at the same time offering valuable starting points for monitoring, modeling, and sustainable forestry measures.