Faszination Regenwald

Bild Ökosystem Regenwald

Recycling im Regenwald

In Ökosystemen unserer Breiten sind Böden in der Lage Nährstoffe in Form von Humus zu speichern. Anders im Ökosystem tropischer Regenwald in Amazonien, dessen Böden extrem nährstoffarm sind. Die Regenwälder wachsen hier auf unfruchtbaren sandigen Böden, die kaum Mineralien enthalten außer Kaolinit. Und trotzdem ist gerade hier, auf quasi unfruchtbarem Sand, das vielfältigste und komplexeste Ökosystem der Welt entstanden. Paradox? Bei genauerem Hinsehen nicht.

Amazonien

Amazonien ist das größte Tieflandbecken in Südamerika. Es wird im Norden vom Guayana-Schild, im Süden vom brasilianischen Bergland und im Westen von den Anden begrenzt. Entwässert wird Amazonien vom wasserreichsten Flusssystem der Erde mit einer Größe von sieben Millionen Quadratkilometern, dem Amazonas. Siebzehn seiner 1100 zuführenden Flüsse sind größer als der Rhein.

Das Wasser der Flüsse, die den Amazonas speisen, ist sehr sauer (Huminsäuren) und fast so rein wie destilliertes Wasser. Gelöste Nährstoffe sind kaum darin enthalten.

Arme Böden – reiche Kronen

In Amazonien bildet der tropische Regenwald ein riesiges (fast) geschlossenes Nährstoffsystem, in dem die Nährstoffe beständig zirkulieren. Die meisten Nährstoffe sind in der pflanzlichen Biomasse des tropischen Regenwalds gespeichert, also zum Beispiel in den Blättern, Ästen und Stämmen der Urwaldriesen, in Palmen, Lianen, Moosen, Farnen und vielen mehr. Sterben diese Pflanzen ab oder fallen Teile von ihnen auf den Urwaldboden, werden sie sehr schnell zersetzt und geben ihre Nährstoffe frei.

Zusätzliche Nährstoffe gelangen mit dem Regenwasser beim Durchtritt durch das Blätterdach auf den Urwaldboden, denn das an Ionen sehr arme Regenwasser entzieht den Bäumen über deren Blätter Nährstoffe. Man spricht bei diesem Vorgang von Osmose. Bei diesen Nährstoffen handelt es sich im Wesentlichen um die Elemente Phosphor, Kalzium, Kalium und Magnesium, die gern von Aufsitzerpflanzen (Epiphyten) in den oberen Kronenregionen sofort wieder aufgenommen werden.

Bild: Nährstoffkreislauf

Der kurzgeschlossene Nährstoffkreislauf: Der verkürzte Nährstoffkreislauf führt zur Bildung extrem nährstoffarmer Böden in Amazonien: Nährstoffe (zum Beispiel Kalium, Kalzium und Magnesium) werden sofort von Wurzeln wieder aufgenommen und nicht im Boden gespeichert. Rund 20 Prozent der Nährstoffe gehen dem System verloren. Das fruchtbarste und produktionsstärkste Ökosystem unseres Planeten steht buchstäblich auf unfruchtbarem Sand (verändert nach Josef H. Reichholf, Der Tropische Regenwald, 2010).

Was passiert mit den Nährstoffen am Urwaldboden?

Die Nährstoffe treffen am Boden nicht auf eine dicke, speichernde Humusschicht, sondern auf ein dichtes, ja fast lückenloses Wurzelgeflecht aus Baumwurzeln und Wurzelpilzen (Mykorrhiza). Dieses Geflecht sorgt dafür, dass die Nährstoffe sofort wieder aufgenommen werden und nicht einfach im Boden versickern und über die Flüsse ausgeschwemmt werden. Die Nährstoffe sind also größtenteils in der Vegetation (in den Bäumen) gespeichert und nicht im Boden. Kurz: ein sehr effizientes Recyclingsystem. Die Nährstoffe zirkulieren beständig im System, nur wenig geht verloren.

Doch ganz so perfekt geschlossen wie hier dargestellt ist das Nährstoffsystem in Amazonien nicht. Die Nährstoffverluste, die im Wurzelbereich auftreten, müssen kompensiert werden. Doch wo kommen diese Nährstoffe her?

Tastwurzeln

Zahlreiche Baumarten in den Tropen "warten" nicht, bis Mikroorganismen die Nährstoffe im Boden aufgearbeitet haben, sondern sie schicken tentakelartige Tastwurzeln nach oben in die dünne Humusschicht und nehmen dort Nährstoffe direkt auf.

Wüstenstaub aus der Sahara

Herantransportiert werden die fehlenden Nährstoffe größtenteils aus der Sahara. Passatwinde tragen feinste Staubpartikel von Afrika über den Atlantik nach Amazonien. Dort gehen sie mit dem Regen auf den Wald nieder. Der Regenwald wird im wahrsten Sinne des Wortes "gedüngt". Und zwar großzügig. Wie funktioniert das?

Wissenschaftler haben im Jahr 2015 ermittelt, welche Staubmengen auf dem Luftweg nach Südamerika gelangen. Die Daten wurden mit dem amerikanisch-französischen Erdbeobachtungssatelliten CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation) in den Jahren zwischen 2007 und 2013 erhoben. Demnach wirbeln Wind und Wetter im westlichen Teil der Sahara jährlich 182 Millionen Tonnen Staub auf, das meiste davon in der sogenannten Bodélé-Niederung im Norden des Tschads. Diese Region wird von Basaltbergen flankiert, die für eine Art Trichtereffekt sorgen, wodurch hohe Windgeschwindigkeiten entstehen, die den aufgewirbelten Staub in Richtung des Atlantiks und so auf den Weg nach Südamerika befördern.

Bild: Staubwolken über der Westafrika

Staubwolken über Westafrika: Satellitenaufnahme der westafrikanischen Küste (am linken Bildrand sind noch die Kanarischen Inseln zu sehen). Staubwolken, die über der Sahara aufgewirbelt werden, versorgen die tropischen Regenwälder in Amazonien mit Nährstoffen. Die roten Punkte zeigen auf vom Menschen verursachte Feuer - hier brennt der Wald (© NASA, http://www.visibleearth.nasa.gov/).

132 Millionen Tonnen des Saharastaubs erreichen die Ostküste Südamerikas, der Rest geht beim Transport auf dem 2.500 Kilometer langen Weg über dem Atlantik verloren. Über dem Amazonasbecken gehen davon noch 27,7 Millionen Tonnen nieder – wertvoller Dünger für den Regenwald. Der Saharastaub aus der Bodélé-Niederung enthält viel Phosphor, der für das Pflanzenwachstum wichtig ist. Mit dem Staub aus der Sahara gelangen jährlich etwa 22.000 Tonnen Phosphor in das Amazonasbecken, was der Menge entspricht, die im selben Zeitraum über die Böden ausgewaschen wird.

Die NASA hat eine Animation aus den CALIPSO-Daten erstellt, die den transatlantischen Staubtransport sehr schön demonstriert.

Stickstoff

Zur Herstellung von Eiweiß benötigen die Bäume auch Stickstoff. Der ist zwar zu 79 Prozent in der Luft enthalten, doch in der Form ist er für die Pflanzen nicht verwertbar. Deswegen muss der Stickstoff in Nitrat umgewandelt werden. Einerseits sorgen dafür Gewitter, die mit jedem Blitzschlag Luftstickstoff verbrennen, der dann als lösliches Stickoxid in den Kreislauf gelangt.

Andererseits wandeln Bakterien und Pilze im Wurzelbereich der Bäume Stickstoff in eine verwertbare Form um. Manche Regenwaldbäume besitzen sogar stickstoffbindende Bakterien in ihren Wurzeln.

Brandrodung

Damit ist klar, was passiert, wenn der Regenwald abgebrannt wird um Landwirtschaft zu betreiben: Ein bis zwei Jahre mögen noch Nährstoffe da sein, um Nutzpflanzen anzubauen. Aber dann? Weil das intakte Wurzelgeflecht der Regenwaldbäume fehlt, werden Nährstoffe ausgewaschen und fortgeschwemmt. Übrig bleibt karger roter Boden - nichts als Wüste.

Bild: Bodenerosion

Bodenerosion (Französisch-Guayana, 2004): So sieht es dort aus, wo der intakte Regenwald fehlt. Ohne das Wurzelgeflecht der Regenwaldbäume wird die Erde einfach fortgeschwemmt (Erosion). Übrig bleibt karger roter Boden - nichts als Wüste. Das Bild entstand am Rand einer Straße.

Regenwälder außerhalb Amazoniens

Dass die Nährstoffe in der oberirdischen Biomasse gebunden sind, gilt für die Regenwälder in Amazonien. In anderen Regenwäldern kann es anders sein. So wachsen die mittelamerikanischen Regenwälder auf mineralstoffreichen Böden, und sie bekommen ihr Wasser größtenteils direkt vom Ozean. Es gibt keinen kurzgeschlossenen sondern einen "offenen" Nährstoffkreislauf. Verluste an Nährstoffen wirken hier nicht so dramatisch wie in Amazonien. Weitere Beispiele dafür sind die Regenwälder an der Küste von Nordostaustralien, Ostmadagaskar und im brasilianischen Küstengebirge.

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