„Braucht langen Atem, um Ökosysteme zu verstehen“

14.05.2018

Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf und Lachgas sind die wichtigsten klimarelevanten Gase. Durch ökologische Prozesse können sie aber der Atmosphäre wieder entzogen und zum Bestandteil von Böden und Biomasse werden: So schwächen sie den Klimawandel. Wie diese Stoffe unter Extrembedingungen wie Dürre oder Starkregen in österreichischen Ökosystemen zusammenwirken, ist Thema des Langzeitprojektes LTER-CWN.

Vor einem Jahr startete das Infrastrukturprojekt des Forschungsverbundes Umwelt der Universität Wien, über das die Auswirkungen extremer Klimaereignisse auf die Umwelt erforscht werden: „Seit April 2018 erhalten wir nun aus der neuen Mess-Station am Neusiedler See Daten zu CO2 und Methan“, berichtet Projektkoordinator Stephan Glatzel. Im Rahmen des Großprojektes wurden fünf bestehende Standorte – unter anderem in Zöbelboden, am Pürgschachener Moor und in den Tiroler Alpen – zu hochmodernen und aufeinander abgestimmten Messstationen ausgebaut. Die Station am Neusiedler See wurde neu gegründet.

Das Forschungsteam konzentriert sich auf die Wechselwirkungen von Kohlenstoff, Wasser und Stickstoff. „Kohlenstoff ist ein Hauptbaustein des Lebens, wird in der Biomasse gespeichert und ist natürlich in Form von CO2 ein wichtiges Klimagas“, erklärt Geoökologe Glatzel. Speziell im Moor sehe man die Zusammenhänge sehr gut: „Beispielsweise sind Moore bedeutende Kohlenstoffsenken, doch wenn sie trockengelegt werden, werden sie zu großen CO2-Emissoren.“ Insgesamt setzen trockengelegte Moore drei bis fünf Prozent der Klimagase Österreichs frei: Moorschutz sollte daher eigentlich eine wichtige Klimastrategie darstellen, so der Umweltwissenschafter.

Auch Stickstoff und Wasser sind in Form von Lachgas und Wasserdampf wichtige Klimagase: Das Treibhausgas Lachgas wirkt rund 300-mal so stark wie Kohlendioxid und zwölf Mal stärker als Methan.  „Und der Mensch hat den Stickstoffkreislauf weit stärker verändert als den Kohlenstoffkreislauf“, betont Glatzel. Gleichzeitig nehmen Stickstoff und Wasser Einfluss auf viele Prozesse, Niederschläge beeinflussen z.B. stark die Speicherung von Kohlenstoff.

  • Über das Projekt: In Österreich erfassten bisher viele kleine Mess-Stationen Umweltdaten – allerdings wurden höchst unterschiedliche Messgrößen erfasst und die Daten auch unterschiedlich aufbereitetet. Über das Projekt LTER-CWN (Long-Term Ecosystem Research Infrastructure for Carbon, Water and Nitrogen) wurden nun neue Instrumente angeschafft, um die Datenerfassung und -auswertung an sechs Standorten zu harmonisieren. Über LTER-CWN, das unter dem Dach des Austrian Long-Term Ecosystem Research Network (LTER Austria) betrieben wird, kooperieren sechs Institutionen unter der Leitung des Forschungsverbundes Umwelt der Universität Wien. Das fünfjährige Projekt wird von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) gefördert.

Im Rahmen von LTER-CWN wird insbesondere erforscht, wie Extremereignisse – beispielsweise Dürren oder übermäßig starke Regenfälle – den Austausch von Treibhausgasen zwischen Böden und Luft beeinflussen. Denn obwohl Extremereignisse punktuell auftreten, können sie starken Einfluss nehmen: So kann ein Sommer durchschnittlich warm sein, obwohl drei extreme Hitzewochen irreparable Schäden verursachen, sagt Stephan Glatzel: „Auch in Bezug auf die Erforschung des Klimawandels sind die Extremereignisse besonders interessant.“

Lange Zeiträume in den Blick nehmen

Wenn man verstehen will, wie ein Ökosystem funktioniert, muss man es auch über lange Zeiträume beobachten. Manche Klimaereignisse wirken sich erst im nächsten Jahr aus. "Teilweise werden die Folgen der Klimaereignisse auch erst Jahre später sichtbar: Man braucht einen langen Atem, um Ökosysteme zu verstehen“, betont der Geoökologe.

Langzeitforschung bedeutet jedoch auch, dass man priorisieren muss: „Man kann nicht überall alles erfassen. Man muss sich also auch gemeinsam überlegen: Was wollen wir wirklich? Welche Ökosysteme sind wichtig?“, so Glatzel. Über das Projekt stimmten sich die beteiligten Forschungsstandorte darüber ab, welche Messungen überall stattfinden und wo Schwerpunkte gesetzt werden.

„System in seiner Gesamtheit sehen“

Geeinigt hat man sich letztlich auf sechs Standorte in einigen der wichtigsten Ökosysteme Österreichs: im Grünland, in Buchenwäldern auf verschiedenen Böden und in verschiedenen Höhenlagen sowie im Pürgschachener Moor und im Feuchtgebiet Neusiedler See. Schließlich spielt in Bezug auf das Zusammenspiel von Kohlenstoff, Wasser und Stickstoff auch der Boden eine große Rolle. „Es geht hier um das ganze System Boden – Wasser – Luft und Pflanzen, das in seiner Gesamtheit gesehen werden muss“, erklärt Glatzel.

Neu errichtet wurde dabei die Mess-Station im Illmitzer Schilfgürtel am Neusiedler See: „Dieser Feuchtgebiets-Standort war im LTER-Netzwerk bereits als wichtig vorgesehen, wurde aber bisher – außer von den Ornithologinnen und Ornithologen – noch nicht so stark erforscht“, so Glatzel. Interessant sei beispielsweise, wie viel Kohlenstoff dieses Feuchtgebiet im Vergleich zum Moor ansammelt und inwieweit das über den Wasserhaushalt moderiert werde.

Eine wichtige Neuheit stellt auch das mobile Labor für die Messung des Lachgas-Austausches zwischen Boden und Luft dar, das an den verschiedenen LTER-CWN-Standorten eingesetzt wird.

Große Datenmengen

Bei all diesen Untersuchungen werden riesige Datenmengen angesammelt, erklärt der Geoökologe: „Wir erhalten die Daten mit einer Frequenz von zehn Hertz, also zehn Datenpunkte in der Sekunde. Bei solchen Datenmengen braucht es eine automatisierte Voruntersuchung, bevor wir die Daten dann weiter bearbeiten.“ Mithilfe von Algorithmen werden die Werte automatisch aufgezeichnet, ergänzt und gescreent, um Ausreißer zu erkennen.

Die Analyse solcher Datenmengen ist mittlerweile quasi ein eigener Berufszweig geworden. Im Rahmen von LTER-CWN konnte das Forschungszentrum Jülich (Deutschland) als Experte und Partner für die Datenspeicherung und das Datenmanagement gewonnen werden. (hw)

Weitere Informationen:

www.lter-austria.at/cwn

www.lter-austria.at

  • Projektpartner & LTER-CWN Standorte
    • Universität Wien (Projektkoordination), Forschungsverbund Umwelt, Betreiber der Messstandorte: Pürgschachener Moor u. Neusiedler See
    • Universität für Bodenkultur, Institut für Bodenforschung, Betreiber des Messstandortes: Rosalia Lehrforst
    • Umweltbundesamt, Ökosystemforschung & Umweltinformationsmanagement, Betreiber des Messstandortes: Zöbelboden
    • Bundesforschungszentrum für Wald, Institut für Waldökologie und Boden, Betreiber des Messstandortes: Klausen-Leopoldsdorf
    • Universität Innsbruck, Institut für Ökologie, Betreiber des Messstandortes: Stubaital
    • Forschungszentrum Jülich GmbH (Deutschland), Institut für Bio- und Geowissenschaften 3 - Agrosphäre
  • Mess-Infrastruktur
    • Mikroklimastationen zur Erfassung oberflächennaher Klimadaten an allen Standorten
    • Eddy Covariance-Turm zur Bestimmung des Kohlendioxid- und Wasseraustausches (an fünf Standorten)
    • Gasmesskammern zur Bestimmung der Kohlendioxidfreisetzung aus dem Boden (an fünf Standorten)
    • Saftflussmessung zur Bestimmung der Bestandesverdunstung (an vier Standorten)
    • Hochauflösendes Dendrometer zur Erhebung von Trockenstress und Baumzuwachs (an vier Standorten)
    • Saugkerzen zur Ermittlung der Konzentration gelösten Stickstoffs und Kohlenstoffs im Bodenwasser (an vier Standorten)
    • Pegelmessung zur Untersuchung des Gebietsabflusses an allen Standorten Multiparametersonde zur hochauflösenden Messung von Nitrat und Kohlenstoff im Gebietsabfluss (an fünf Standorten)
Forschungsstation im Moor
Im Rahmen des Projektes LTER-CWN werden insgesamt sechs Standorte zu aufeinander abgestimmten hochmodernen Messstationen ausgebaut. Im Bild ein Eddy Covariance-Turm im Prügschachener Moor zur Bestimmung des Kohlendioxid- und Wasseraustausches (Copyright: Universität Wien, Simon Drollinger).
Forscher auf Steg am Neusiedler See
Die Forschungsstation im Feuchtgebiet Neusiedler See wurde komplett neu errichtet und konnte mit April 2018 in Betrieb genommen werden. (Copyright: LTER-CWN).