Bayreuth, Germany
January 9, 2024
An international research team including a Bayreuth scientist and her research group has investigated the links between extreme drought, biodiversity and production losses on a global scale. With the help of a worldwide experiment at 100 locations on six continents, they have identified Biodiversity in grassland is an effective protection against crop failure during droughts. The study has now been published in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Grassland and open land cover more than 40% of the Earth's land area. Grassland is an important carbon sink. Researchers from all over the world have therefore joined forces in an international Drought-Net Experiment (IDE) to investigate the consequences of increasing drought due to climate change on different ecosystems. Prof. Dr. Anke Jentsch, holder of the Chair of Disturbance Ecology and Vegetation Dynamics at the University of Bayreuth, is involved.
By reducing precipitation by up to 50% at 100 research sites on six continents using experimental roof constructions, the scientists found that a single year of drought can reduce vegetation growth by more than 80%. This significantly reduces the ability of ecosystems to absorb carbon dioxide. Overall, plant growth in grasslands artificially exposed to drought declined by an average of 36%, which is far higher than previous estimates. The special feature: "In contrast to the globally observed effects, the simulated drought had no significant impact on biomass production at around 20% of the study sites, including a species-rich grassland site in Germany," says disturbance ecologist Anke Jentsch. The climate at German sites was more humid, the number of plant species higher and the drought less severe than on the prairie. Overall, species-rich meadows in the wetter zone of Central Europe survived the drought better than those in drier climate zones.
Drought experiments in species-rich meadows on the open-air grounds of the University of Bayreuth
UBT/Anke Jentsch
The research results can help ecologists predict which ecosystems are most at risk during periods of drought and what the wider ecological impact will be. Less plant material can mean less food for grazing animals or even lower harvests. Anke Jentsch points out that during the last summer drought in Europe, intensively managed grassland with relatively few species, such as pure farm meadows or sown clover-grass mixtures, was severely affected. "By maintaining species-rich hay meadows or sowing and reseeding a more diverse species mix, such grasslands could continue to maintain vegetation dynamics and provide the desired ecosystem services even during severe drought," she says. "Biodiversity promotes resilience to extreme events and faster recovery: In changing extreme weather situations, meadows are particularly stable due to the diversity of functional properties of their 'members', i.e. herbs and grasses. Promoting biodiversity in grassland is therefore an effective protection against crop failure during droughts."
Links: https://droughtnet.weebly.com/
Publication: "Extreme drought impacts have been underestimated in grasslands and shrublands globally"; Melinda D. Smith, Kate D. Wilkins, Martin C. Holdrege, and Xiaoan Zuo; The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), a peer reviewed journal of the National Academy of Sciences (NAS); January 8, 2024; 121 (4) e2309881120; DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2309881120
The coordination of the International Drought Experiment (IDE) is funded by the US National Science Foundation (NSF). Since 2013, the University of Bayreuth has been involved in the study with Prof. Dr. Anke Jentsch and her international team - including Alexander von Humboldt Fellow Dr. Yujie Niu, postdocs Dr. Tyson Terry and Dr. Andreas von Heßberg, as well as doctoral students Svenja Wanke, Thomas Deola and Peter Wolff. The Bayreuth field experiments are being conducted as part of the SUSALPS "Sustainable use of grassland in the Alps and Alpine foothills under climate change" supported by the Federal Ministry of Education and Research.
Auswirkungen extremer Trockenheit werden weltweit unterschätzt
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung einer Bayreuther Wissenschaftlerin und ihrer Arbeitsgruppe hat die Zusammenhänge zwischen extremer Trockenheit, Biodiversität und Produktionseinbußen auf globaler Ebene untersucht. Mithilfe eines weltweiten Experiments an 100 Standorten auf sechs Kontinenten haben sie erkannt: Artenvielfalt im Wirtschaftsgrünland ist ein wirksamer Schutz vor Ernteausfällen bei Dürren. Die Studie wurde nun in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
Gras- und Offenland bedecken mehr als 40 % der Landfläche der Erde. Grünland ist ein wichtiger Kohlendioxidspeicher. Deshalb haben sich Forscher*innen aus der ganzen Welt zu einem internationalen Drought-Net Experiment (IDE) zusammengetan, um die Folgen von klimawandelbedingt zunehmender Trockenheit auf unterschiedliche Ökosysteme zu untersuchen. Beteiligt ist Prof. Dr. Anke Jentsch, Inhaberin der Professur für Störungsökologie und Vegetationsdynamik der Universität Bayreuth.
Durch Reduktion des Niederschlags mittels experimenteller Dachkonstruktionen um bis zu 50% an 100 Forschungsstandorten auf sechs Kontinenten, fanden die Wissenschaftler*innen heraus, dass ein einziges Jahr der Dürre das Wachstum der Vegetation um mehr als 80 % reduzieren kann. Das mindert deutlich die Fähigkeit der Ökosysteme, Kohlendioxid zu absorbieren. Insgesamt ging das Pflanzenwachstum in den künstlich einer Dürre ausgesetzten Grasflächen durchschnittlich um 36 % zurück, was weit über früheren Schätzungen liegt. Das Besondere: "Im Gegensatz zu den global beobachteten Effekten hatte die simulierte Trockenheit an etwa 20% der Untersuchungsstandorte, so auch an einem artenreichen Grünlandstandort in Deutschland - keine signifikanten Auswirkung auf die Biomasseproduktion", sagt die Störungsökologin Anke Jentsch. Das Klima an deutschen Standorten war feuchter, die Artenzahl der Pflanzen höher und die Trockenheit weniger stark als in der Prärie. Insgesamt überstanden artenreiche Wiesen in der feuchteren Zone von Mitteleuropa die Trockenheit besser als die in trockeneren Klimazonen.
Die Forschungsergebnisse können Ökologen dabei helfen, vorherzusagen, welche Ökosysteme während Trockenperioden am stärksten gefährdet sind und welche weiterreichenden ökologischen Auswirkungen dies hat. Weniger Pflanzenmaterial kann weniger Nahrung für Weidetiere oder auch geringere Ernten bedeuten. Anke Jentsch weist darauf hin, dass während der letzten Sommerdürre in Europa intensiv bewirtschaftetes Grasland mit relativ wenigen Arten, wie z. B. reine Wirtschaftswiesen oder angesäte Klee-Gras-Mischungen, stark betroffen war. „Durch die Pflege von artenreichen Heuwiesen oder Ansaat und Zusaat einer vielfältigeren Artenmischung könnten solche Grünlandflächen auch bei schwerer Trockenheit weiterhin die Vegetationsdynamik aufrechterhalten und die gewünschten Ökosystemleistungen erbringen", sagt sie. „Biodiversität fördert die Resilienz gegenüber Extremereignissen und schnellere Erholung: In wechselnden Extremwettersituationen sind Wiesen besonders stabil durch die Unterschiedlichkeit der funktionellen Eigenschaften ihrer ‚Mitglieder‘, also Kräuter und Gräser. Daher ist die Förderung der Artenvielfalt im Wirtschaftsgrünland ein wirksamer Schutz vor Ernteausfällen bei Dürren.“
Die Koordination des Internationalen Dürre-Experiments (IDE) wird von der US National Science Foundation (NSF) finanziert. Seit 2013 ist die Univeristät Bayreuth mit Prof. Dr. Anke Jentsch und ihrem internationalen Team - darunter Alexander-von-Humboldt-Stipendiat Dr. Yujie Niu, die Postdocs Dr. Tyson Terry und Dr. Andreas von Heßberg, sowie den Doktorand*innen Svenja Wanke, Thomas Deola und Peter Wolff – an der Studie beteiligt. Die Bayreuther Freilandexperimente werden im Rahmen des Forschungsprojekts SUSALPS „Nachhaltige Nutzung von Grünland in den Alpen und im Alpenvorland im Klimawandel“ durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt.
Originalpublikation:
Extreme drought impacts have been underestimated in grasslands and shrublands globally; Melinda D. Smith, Kate D. Wilkins, Martin C. Holdrege, and Xiaoan Zuo; January 8, 2024; 121 (4) e2309881120; The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), a peer reviewed journal of the National Academy of Sciences (NAS); DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2309881120
Weitere Informationen:
https://droughtnet.weebly.com/
Topics
Species
