Biomasse

Biomasse – tropische Regenwälder sind produktiv

Zwei Drittel der Biomasse der Erde sind in tropischen Regenwäldern gebunden. Tropische Regenwälder verwandeln Sonnenenergie in Biomasse und sind dabei viermal produktiver als vom Menschen kultiviertes Ackerland.

Biomasse

Tropische Regenwälder mit ihrer üppigen biologischen Vielfalt gehören weltweit zu den produktivsten Ökosystemen, die in den Kohlenstoffkreislauf eingebunden und eine wichtige Säule des Klimasystems der Erde sind. Um beschreiben zu können, welche Rolle ihnen im globalen Kohlenstoffkreislauf zukommt, ist es notwendig, den in der Biomasse gebundenen Kohlenstoff zu quantifizieren. Im Zusammenhang mit Ökosystemen wird unter der Biomasse die Menge oder das Gewicht lebender Organismen bezogen auf eine Fläche oder ein Volumen bezeichnet. Biomasse wird während der Photosynthese aufgebaut, wenn Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus der Luft und Wasser (H₂O) aus dem Boden mit Hilfe des Sonnenlichts Zucker (Glukose, C₆H₁₂O₆) synthetisieren und Sauerstoff (O2) freisetzen:

6 CO₂ + 6 H₂O + Lichtenergie = C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Allein wegen ihrer enormen Ausdehnung sind tropische Regenwälder ein wahrhaft gigantischer Speicher von Biomasse und damit von Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt der Biomasse wird angegeben in Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff, äquivalent zu einer Milliarde Tonnen, wobei getrocknete Biomasse etwa 50 Prozent Kohlenstoff enthält (Houghton u. a. 2009). Der Kohlenstoff in der terrestrischen und marinen Biomasse der Erde wird auf 550 Gt Kohlenstoff geschätzt, eine Zahl, die je nach verwendetem Datensatz variieren kann (Bar-On u. a. 2018). Als relativ gut gesichert gilt, weil von mehreren unabhängigen Quellen bestätigt, die Angabe zur Biomasse in der terrestrischen Vegetation mit 450 Gt Kohlenstoff, wovon 320 Gt oberirdisch in Pflanzen (Stämme, Äste, Blätter) und 130 Gt unterirdisch, hauptsächlich in Pflanzenwurzeln, gespeichert sind. Der Rest verteilt sich auf Bakterien, Pilze, Tiere und Viren. Der Mensch bringt es auf lediglich 0,06 Gt Kohlenstoff in der Biomasse, was der Biomasse aller Termiten auf der Erde entspricht. Mehr als die Hälfte des global in der terrestrischen Vegetation gebundenen Kohlenstoffs ist mit 262 Gt in tropischen Regenwäldern gespeichert (Pan u. a. 2013).

Kohlenstoff in deutschen Wäldern
In den tropischen Regenwäldern Amazoniens sind etwa 150 bis 200 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gebunden, in den Wäldern in Deutschland sind es 1,23 Milliarden Tonnen.

Um die Verteilung von Tieren und Pflanzen in tropischen Regenwäldern zu ermitteln, bestimmen Wissenschaftler die tierische und pflanzliche Biomasse einer definierten Fläche tropischen Regenwalds um ein Verhältnis angeben zu können. Auf einem Hektar tropischen Regenwalds findet man mehr als 1.000 Tonnen pflanzlicher Biomasse, hauptsächlich Bäume. 980 Tonnen davon sind im Holz dieser Bäume gespeichert, 20 Tonnen im wesentlichen in deren Blattmasse. Die mächtigen Bäume der tropischen Regenwälder sind regelrechte Biomasse-Fabriken. Die Menge an toter Pflanzenmasse in verfaulenden Resten umgefallener Bäume usw. beträgt rund 100 Tonnen pro Hektar.

Im Vergleich dazu nimmt sich die tierische Biomasse auf der gleichen Fläche nahezu winzig aus. Gerade einmal 35 Kilogramm sind es oberirdisch (Insekten, Wirbeltiere usw.) und 165 Kilogramm sind es unterirdisch in Form von Kleintieren und Mikroorganismen. Tiere spielen also, rein mengenmäßig betrachtet, im tropischen Regenwald nur eine untergeordnete Rolle. Völlig andere Verhältnisse findet man in den afrikanischen Savannen. Dort kann die tierische die pflanzliche Biomasse sogar übertreffen, man denke nur an die großen Zebra-, Gnu- oder Elefantenherden.

Produktivität oder Nettoprimärproduktion

Die Geschwindigkeit, mit der Pflanzen Biomasse aufbauen, heißt Produktivität oder Nettoprimärproduktion (NPP) und wird in Substanz pro Flächeneinheit und Zeit ausgedrückt. Die NPP gibt also an, wie viel Kohlenstoff gebunden und Biomasse von Pflanzen durch Photo-synthese in einem festgelegten Zeitraum (normalerweise ein Jahr) aufgebaut wird. Dass Pflanzen während der Energiegewinnung Sauerstoff verbrauchen und Kohlenstoff in Form von CO₂ über ihre Blätter in die Atmosphäre freisetzen, ist in der NPP bereits berücksichtigt. Der Vorgang der Energiegewinnung wird Zellatmung genannt und ist das Gegenteil der Photosynthese:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie

In den gemäßigten Breiten ändert sich die NPP im Jahresverlauf. Die Wälder Europas, der USA, Kanadas und Russlands weisen im Juni und Juli eine hohe NPP auf, die im Herbst langsam zurückgeht und im Winter komplett eingestellt ist. In Südamerika, Afrika und Südost-Asien weisen tropische Regenwälder ganzjährig eine hohe Produktivität auf. Das liegt an der starken Sonneneinstrahlung und den starken Niederschlägen in den Tropen. Neben dem Klima beeinflussen auch Landschaftsformen und der Bodentyp die NPP.

Globale Nettoprimärproduktion

Satellitenbasierte Schätzungen zeigen, dass die NPP an Land (terrestrisch) pro Flächeneinheit durchschnittlich dreimal so hoch ist wie die der Ozeane. Weil die Ozeane aber viel größer sind als die Landfläche, ist die derzeitige Gesamt-NPP der beiden Biosphären ungefähr gleich groß und liegt bei etwa 60 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr für die terrestrische Biosphäre und 65 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr für die ozeanische Biosphäre.

Artenvielfalt fördert die Produktivität von Wäldern
Der anhaltende Verlust der Baumvielfalt führt weltweit zu einem beschleunigten Rückgang der Produktivität von Wäldern. Insbesondere die tropischen Regenwälder am Amazonas, in West- und Südostafrika, in Myanmar und im malaiischen Archipel sind davon besonders betroffen.

Tropische Regenwälder sind mit einer NPP von 1.123 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter pro Jahr (g/m²/Jahr) die produktivsten aller terrestrischen Vegetationsformen (Pan u. a. 2013). In den temperierten Wäldern nördlich und südlich der Tropen reduzieren saisonale Temperatur- oder Niederschlagsschwankungen die NPP, weswegen diese Wälder einen geringeren Wert von 1.056 g/m²/Jahr aufweisen. Die borealen Wälder der gemäßigten Breiten haben eine NPP von 229 und Ackerland von 304 g/m²/Jahr. Die hohe Produktivität der tropischen Wälder, verglichen mit Wäldern der gemäßigten Breiten, lässt sich erklären mit der ganzjährig an 365 Tagen auf Hochtouren laufenden Photosynthese ohne Ruhephase mit geringer Produktivität im Winter (Malhi 2011). Die Zahlen unterstreichen, wie wichtig tropische Regenwälder als globale Kohlenstoffspeicher sind.

Auch in den Tropen schwankt die NPP im Verlauf des Jahres. In Amazonien ist die NPP während der Trockenzeit von August bis Oktober besonders hoch. Den Bäumen steht auch in der Trockenzeit genügend Wasser zur Verfügung, das sich während der Regenzeit im Grundwasser angesammelt hat. Außerdem wachsen sie besser, wenn der Himmel klar und wolkenlos ist und mehr Sonnenlicht in den Wald gelangt. Die NPP spielt auch eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und beeinflusst letztlich auch den Verlauf des Klimawandels. Denn Pflanzen nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, das beim Verbrennen von fossilen Energieträgern, wie Kohle, Erdöl und Erdgas, freigesetzt wurde.