Weltweite Kartierung der biologischen Vielfalt in den Wäldern
Nach den jüngsten Zahlen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen bedecken die Wälder etwas mehr als 4 Milliarden Hektar der Erdoberfläche, das ist ein Drittel der gesamten Landfläche der Erde. Die Vorteile der Wälder sind zahlreich: Sie liefern Rohstoffe, dienen als Kohlenstoffsenken, tragen zur Klimaregulierung und zum Schutz des Planeten bei, bieten ein Zuhause für die Artenvielfalt und dienen als Quelle des Wohlbefindens. Die jüngste Erhebung zeigt jedoch, dass etwa 31 % der Baumarten vom Aussterben bedroht sind. Es werden Anstrengungen unternommen, um die Widerstandsfähigkeit der Waldökosysteme zu stärken. Doch in welchen Teilen der Welt sind die grössten Veränderungen zu verzeichnen? Welche Regionen sollten vorrangig geschützt werden? Welche Baumarten sind am widerstandsfähigsten gegenüber den lokalen Auswirkungen des Klimawandels? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der EPFL haben sich mit Kolleginnen und Kollegen der ETH Zürich zusammengetan, um diese und weitere Fragen zu beantworten. Ihre Ergebnisse, die heute in Nature Communications veröffentlicht wurden, liefern wichtige Erkenntnisse für politische Entscheidungsträger und Planer und helfen dabei, nachhaltige Waldbewirtschaftungspraktiken auf der ganzen Welt festzulegen.
Detaillierte Verbreitungskarten von über 10 000 Baumarten
Für diese Studie, die gemeinsam vom Environmental Computational Science and Earth Observation Laboratory (ECEO) der EPFL und zwei Forschungsgruppen der ETH Zürich durchgeführt wurde, kombinierten die Forschenden fast 26 Millionen Baumbeobachtungen mit Geodaten zu Klima- und Bodenbedingungen sowie geografischen Ausbreitungsbeschränkungen, die Baumarten innerhalb ihrer angegebenen heimischen Verbreitungsgebiete enthalten. «Wir wollten Vorhersagefehler vermeiden, z. B. Arten, deren Vorkommen an einem bestimmten Standort nur deshalb vorhergesagt wird, weil das Klima geeignet ist, obwohl sie invasiv sind», sagt Nina van Tiel, Doktorandin am ECEO. Für ihre Stichprobe wählte das Team die 10 590 am weitesten verbreiteten der 73 000 bekannten Baumarten auf der Erde aus, wobei seltenere Arten in diesem Stadium ausgeschlossen wurden. «Wir haben Bäume mit 90 oder mehr aufgezeichneten Beobachtungen einbezogen – der Schwellenwert, ab dem unsere Vorhersagemodelle ausreichend robust werden», erklärt van Tiel.
«Dies ist die grösste Studie ihrer Art, was den Umfang und die Anzahl der Arten angeht», sagt Devis Tuia, ausserordentlicher Professor bei ECEO, «unsere Ergebnisse geben einen Überblick über die biologische Vielfalt der Wälder auf dem gesamten Planeten, nicht nur in den Regionen, die bereits gut dokumentiert sind.» Die Wissenschaftlerinnen nutzten ihre Modelle auch, um die Verteilung der Arten unter verschiedenen Klima- und Temperaturszenarien bis zum Jahr 2100 vorherzusagen: «Die Vorhersage der Zukunft ist immer mit Unsicherheiten behaftet, aber die schiere Anzahl der Arten, die wir in unsere Modelle einbezogen haben, gibt uns eine Vorstellung davon, wie sich die Artenvielfalt als Reaktion auf den Klimawandel verändern wird», fügt Tuia hinzu.
Die in Kartenform zusammengestellten Daten zeigen die unglaubliche Vielfalt der Waldökosysteme weltweit. Die Linien auf den Karten markieren Arten mit ähnlichen Merkmalen und genetischen Beziehungen. «Die Gesamtergebnisse entsprechen unseren Erwartungen», sagt Loïc Pellissier, ausserordentlicher Professor am Departement für Umweltsystemwissenschaften der ETH Zürich, «denn jeder Standort ist mit einer einzigartigen Reihe von Baumarten und -linien verbunden – ein Ergebnis historischer und umweltbedingter Faktoren. Mit Hilfe der Karten können die Forschenden auch die Fläche der Lebensräume verschiedener Arten auf der ganzen Welt berechnen: «Wie erwartet sind die Arten in den borealen Wäldern über grosse Gebiete verteilt», erklärt Pellissier, «aber unsere Modelle zeigen auch, dass bestimmte tropische Bäume sehr grosse Verbreitungsgebiete haben, was mit den Ergebnissen der hyperdominanten Arten im Amazonasbecken zusammenhängt.»
Welchen Bedrohungen sind die Wälder ausgesetzt?
Die Bewirtschaftung der Wälder ist ohnehin schon ein schwieriges Unterfangen. Doch der rasche Klimawandel verändert die potenziellen Verbreitungsgebiete verschiedener Pflanzenarten, was die Aufgabe noch komplexer macht: «Der Klimawandel wirkt sich auf die Artenzusammensetzung aus – in einigen Regionen könnte das Klima für mehr als die Hälfte der derzeit dort vorkommenden Arten ungeeignet werden, während in anderen Regionen viele neue Arten in Zukunft geeignete Lebensräume finden könnten», so van Tiel. Die Art und Weise, wie die Baumarten auf diese Veränderungen reagieren, ist von einer Region zur anderen sehr unterschiedlich. Mithilfe statistischer Modelle hat das Forschendenteam die geeigneten künftigen Verbreitungsgebiete für verschiedene Arten kartiert. «Unsere Karten sind keineswegs ein fertiges Produkt», sagt Tuia, «sie müssen in Zukunft noch weiter optimiert werden. Aber sie liefern wichtige Informationen für die Erhaltung und Wiederherstellung der Wälder und unterstreichen die dringende Notwendigkeit konkreter Massnahmen zum Schutz der biologischen Vielfalt der Wälder».
Die Studie macht deutlich, wie einzigartig jeder Wald der Welt in Bezug auf die Artenzusammensetzung, die Landnutzungsgeschichte und die Auswirkungen des Klimawandels ist: «Die Ergebnisse geben einen Überblick über die Waldökosysteme auf dem gesamten Planeten», sagt Thomas Crowther, Professor an der ETH Zürich, dessen Labor mit ECEO an der Studie gearbeitet hat. «Die Daten können mit lokalen Beobachtungen und Expertenwissen kombiniert werden, um Schutz- und Wiederherstellungsmassnahmen zu unterstützen.»
