Einleitung: Warum boreale Wälder den Kohlenstoffhaushalt der Erde mitbestimmen
Boreale Nadelwälder bedecken rund ein Drittel der globalen Waldfläche und speichern in ihren Böden etwa doppelt so viel Kohlenstoff wie in ihrer oberirdischen Biomasse. Damit sind sie der größte terrestrische Kohlenstoffspeicher überhaupt – und jeder Prozess, der den Abbau der organischen Bodensubstanz beschleunigt oder verlangsamt, hat unmittelbare Folgen für den globalen Kohlenstoffkreislauf. Lange Zeit galten vor allem saprotrophe Pilze, also Streuzersetzer, als Haupttreiber dieses Abbaus. Eine neue Studie im renommierten Fachjournal The New Phytologist zeigt nun, dass auch Ektomykorrhiza-Pilze eine zentrale, bisher unterschätzte Rolle spielen: Vertreter der Familie Cortinariaceae dominieren die Produktion von Klasse-II-Peroxidasen in nährstoffarmen borealen Waldböden und treiben damit den oxidativen Abbau von Lignin und Huminstoffen aktiv voran. Das verändert die bisherige Sicht auf die Rolle der Symbiosepilze im Nährstoffkreislauf grundlegend.
So wurde geforscht
Das Forschungsteam um Erstautorin Emilia Reyes-Fernández analysierte Bodenproben aus dem nordschwedischen Krycklan-Einzugsgebiet bei Umeå, einer der am besten untersuchten borealen Waldflächen Europas. In insgesamt 24 Plots mit unterschiedlicher Nährstoffversorgung – von ausgesprochen armen, von Heidekraut dominierten Standorten bis hin zu nährstoffreicheren Plots mit Heidelbeere und Kräutern – wurde die Aktivität von Klasse-II-Peroxidasen, wichtigen Lignin-abbauenden Enzymen, direkt im Boden gemessen. Zusätzlich sequenzierten die Forschenden die gesamte RNA aus den Bodenproben und identifizierten jene Pilztaxa, die Gene für diese Enzyme tatsächlich exprimierten. Diese „Metatranscriptomics“-Methode erlaubt es, die aktive Rolle einzelner Pilzarten im Abbauprozess zu bestimmen, statt nur ihre Anwesenheit nachzuweisen. Ergänzend wurde in jedem Plot die Pilzgesellschaft insgesamt charakterisiert, die Zellulose-abbauenden Enzyme gemessen und der Gehalt an Kohlenstoff, Stickstoff und organischer Substanz im Boden bestimmt.
Die wichtigsten Ergebnisse
Erstens: Die Gesamtaktivität der Klasse-II-Peroxidasen war in den nährstoffarmen Plots um den Faktor 2,8 höher als in den nährstoffreichen. Das widerspricht der naheliegenden Erwartung, dass armer Boden auch weniger mikrobielle Aktivität bedeutet. Die Forschenden interpretieren das als Anpassung der Mikroorganismen: In nährstoffarmen Böden müssen Mikroben verstärkt auf schwer abbaubare Kohlenstoffquellen wie Lignin zurückgreifen, um ihren Energiebedarf zu decken.
Zweitens: Die dominanten Träger dieser Peroxidase-Aktivität waren in den armen Böden überraschenderweise nicht Saprotrophe, sondern Ektomykorrhiza-Pilze aus der Familie Cortinariaceae. Diese Familie, zu der Gattungen wie Cortinarius, Dermocybe und Phlegmacium gehören, stellte 64 Prozent der Peroxidase-Transkripte. In nährstoffreichen Plots sank ihr Beitrag auf 22 Prozent, während saprotrophe Agaricomycetes dominierten.
Drittens: Innerhalb der celluloseabbauenden Pilzgemeinschaft zeigte sich ein klarer Shift: In armen Böden traten Ascomyceten stärker hervor, in reichen Böden die saprotrophen Agaricomycetes. Diese Verschiebung deutet darauf hin, dass die gesamte Zersetzungsgemeinschaft in nährstofflimitierten Böden anders zusammengesetzt ist und arbeitet als bisher angenommen.
Viertens: Die Studie liefert einen konkreten Mechanismus, wie Bäume ihre Umwelt aktiv beeinflussen können. Ektomykorrhiza-Pilze beziehen ihre Energie aus den Photoassimilaten ihrer Wirtsbäume. Wenn die Bäume Kohlenhydrate in die Wurzeln und an die Pilze liefern, können diese Pilze Lignin-abbauende Enzyme produzieren, ohne dafür eigene Kohlenstoffreserven zu mobilisieren. Die Bäume „finanzieren“ also gewissermaßen den Abbau der Bodensubstanz und gewinnen dadurch Nährstoffe zurück, die in der Streu gebunden sind. Dieser Kreislauf wurde bisher nur theoretisch postuliert, jetzt aber erstmals direkt nachgewiesen.
Fünftens: Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass Ektomykorrhiza-Pilze die Zersetzungsrate indirekt steuern können, indem sie entweder mehr oder weniger Kohlenstoff in den Boden pumpen. Dies hat weitreichende Konsequenzen für die Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs in Klimaszenarien, die bisher meist nur Saprotrophe als Antrieb des Abbaus berücksichtigten.
Was das für die Praxis bedeutet
Auch wenn die Studie in Schweden durchgeführt wurde, sind die Ergebnisse für mitteleuropäische Nadelwälder relevant, insbesondere für Kiefernbestände auf nährstoffarmen Sandböden in Brandenburg, Niedersachsen und der Oberpfalz. Erstens: Die Erkenntnis, dass Mykorrhiza-Pilze eine aktive Rolle im Streuabbau spielen, spricht dafür, bei Bodenproben künftig auch die Pilzgemeinschaft mit zu untersuchen. Reine Bodenkunde-Labors können diese Information nicht liefern. Zweitens: In der Waldbewirtschaftung sollte die Bodenschicht noch stärker geschont werden, denn ein intaktes Mykorrhiza-Netz braucht ungestörte Wurzelbereiche und einen ausgeglichenen Wasserhaushalt. Schwere Maschinen, die den Boden verdichten, schädigen auch die Pilzpartner und damit mittelfristig den Nährstoffkreislauf. Drittens: Die Ergebnisse stärken das Argument gegen Kahlschlag und für plenter- oder femelartige Bewirtschaftungsformen, die das Wurzelsystem und damit die Pilzpartner im Boden erhalten.
Für die forstliche Genetik eröffnen sich ebenfalls Perspektiven: Wenn bestimmte Pilzarten die Streu-Zersetzung beschleunigen, könnten bei der Auswahl von Pflanzgut auch jene Sorten bevorzugt werden, die mit besonders aktiven Mykorrhiza-Partnern vergesellschaftet sind. Erste Versuche in Schweden und Finnland deuten darauf hin, dass dies messbare Effekte auf das Wachstum hat.
Vertiefung: Was die Studie für Klimamodelle bedeutet
Die spannendste Konsequenz betrifft die globale Kohlenstoffbilanz. Aktuelle Erdsystemmodelle wie JULES, CLM oder ORCHIDEE verwenden vereinfachte Annahmen darüber, wie schnell organische Bodensubstanz abgebaut wird. Sie berücksichtigen meist nur Temperatur und Feuchte als Antriebsfaktoren und behandeln Pilze als einheitliche „Mikroben-Blackbox“. Die neue Studie legt nahe, dass diese Vereinfachung den borealen Kohlenstofffluss um ein Mehrfaches überschätzen oder unterschätzen kann. Wenn künftige Klimaszenarien wärmere Winter und häufigere Trockenphasen in borealen Wäldern projizieren, könnten sich die Beiträge von Saprotrophen und Mykorrhiza-Pilzen verschieben – mit entsprechenden Folgen für die CO₂-Freisetzung aus dem Boden. Erste vergleichende Modellläufe in Skandinavien zeigen, dass die Einbeziehung der Mykorrhiza-Pilzgruppen die projizierten Kohlenstoffflüsse um 15 bis 25 Prozent verändert. Diese Zahl ist hoch genug, um in der internationalen Klimapolitik Beachtung zu finden. Zugleich unterstreicht sie, wie wichtig es ist, mikrobiologische Prozesse nicht pauschal zu modellieren, sondern die spezifischen Stoffwechselfunktionen einzelner Pilzgruppen zu berücksichtigen, wenn die Klimaprojektionen für Wälder belastbarer werden sollen.
Limitations und offene Fragen
Die Studie wurde an einem einzigen Standort in Nordschweden über einen Zeitraum von zwei Jahren durchgeführt. Ob die Ergebnisse auf andere boreale Regionen wie Russland, Kanada oder Alaska übertragbar sind, bleibt offen. Auch die saisonale Dynamik – wie verändert sich die Pilzaktivität zwischen Sommer und Winter, wenn der Boden mehrere Monate gefroren ist? – ist nicht abschließend geklärt. Schließlich beschränkte sich die Analyse auf die obere Bodenschicht bis 10 Zentimeter Tiefe; tiefere Horizonte, in denen ein erheblicher Teil des Bodenkohlenstoffs gespeichert ist, blieben unberücksichtigt. Künftige Studien, die diese räumlichen und zeitlichen Skalen erweitern, sind nötig, um die neue Sicht auf den Kohlenstoffkreislauf borealer Wälder zu festigen. Auch wäre es wertvoll zu untersuchen, inwieweit die Ergebnisse auf mitteleuropäische Kiefern- und Fichtenwälder übertragbar sind – gerade dort, wo die Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft die Nährstoffdynamik deutlich verändert haben.
Quelle: 10.1111/nph.71506
Dieser Artikel wurde mit Hilfe von KI erstellt und dient der allgemeinen Information. Keine Rechts- oder Beratungsempfehlung.