Wenn Menschen über die Renaturierung nachdenken, richten sie ihren Blick meist auf das, was sich über der Erde abspielt. Sie stellen Fragen wie: „Kehren die heimischen Pflanzen zurück?“ oder „Wie sieht die Landschaft aus?“. Doch direkt unter der Oberfläche unserer Böden verbirgt sich eine Welt, die oft übersehen wird – die Welt der Wurzeln, Pilze und Mikroorganismen, die das Pflanzenleben und die Gesundheit der Ökosysteme maßgeblich unterstützen. Deshalb brauchen wir auch Menschen, die Fragen stellen wie: „Wie können wir diese verborgene Welt im Boden entschlüsseln und wiederherstellen?“ und „Was passiert unter der Erde, wenn wir invasive Pflanzen entfernen?“. Glücklicherweise für uns und für die Bemühungen zur Wiederherstellung von Ökosystemen haben sich Della Vecchia und Kolleg*innen (2025) unter der Leitung von Dr. Emanuela W. A. Weidlich, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Ökologie der Leuphana, auf der wunderschönen Insel Florianópolis an der Südküste Brasiliens auf die Suche nach Antworten auf genau diese Fragen gemacht.
Das Vermächtnis dieser verborgenen Welt
Biologische Invasionen stellen weltweit eine der größten Bedrohungen für die Artenvielfalt dar, und wenn sie nicht eingedämmt werden, könnten invasive, nicht heimische Pflanzen die Funktionsweise und Struktur von Ökosystemen bis zu einem Punkt schädigen, an dem kein Zurück mehr möglich ist. Deshalb ist die Bekämpfung invasiver Arten eine der größten Herausforderungen bei der Renaturierung von Ökosystemen. Die Entfernung dieser Arten erfolgt jedoch in der Regel nur oberirdisch, während die Wurzeln und ihre Mikrobiota zusammen mit einem Nachwirkungseffekt im Boden verbleiben, der eine erfolgreiche Renaturierung behindern könnte. Dieser Nachwirkungseffekt bedeutet, dass invasive Pflanzen die Fähigkeit besitzen, die Bodenmikrobiota und die Nährstoffverhältnisse zu verändern, was auch nach der Entfernung dieser Arten bestehen bleiben kann. Dennoch ist nur wenig darüber bekannt, was unter der Erde geschieht, nachdem invasive Pflanzen entfernt wurden.
Eine Exkursion in die Welt der Wurzeln und Pilze
Bevor wir auf die Forschung von Dr. Emanuela W. A. Weidlich und ihren Student*innen zurückkommen, wollen wir kurz in den Boden eintauchen (natürlich nur im übertragenen Sinne) und uns genauer ansehen, was dort vor sich geht. Unter der Oberfläche werden wir feststellen, dass Wurzelmerkmale wichtige Triebkräfte für Ökosystemprozesse sind. Während die Wurzelbiomasse mit der Produktivität und der Kohlenstoffspeicherung zusammenhängt, gibt die Wurzellänge Aufschluss über die Fähigkeit der Wurzeln, begrenzte Ressourcen wie Wasser oder Nährstoffe zu erreichen und aufzunehmen. Betrachtet man die Details genauer, so sind Feinwurzeln dynamischer als dickere Wurzeln und können Ressourcen direkt aus dem Boden oder über Symbionten wie Mykorrhizapilze aufnehmen. Dies führt uns zu den Ektomykorrhizen (ECM), bei denen es sich um Assoziationen zwischen Pflanzenwurzeln und Pilzen handelt. Und zwar nicht um irgendeine Assoziation, sondern um eine enge, für beide Seiten vorteilhafte Partnerschaft. ECM-Pilze gewinnen Nährstoffe und Wasser aus dem Boden für die Pflanzen und erhalten im Gegenzug Kohlenhydrate – wichtige Energiequellen – aus der Photosynthese der Pflanzen. Diese vorteilhaften unterirdischen Wechselwirkungen spielen eine Schlüsselrolle für das Überleben der Pflanzen, doch der Einfluss der Bekämpfung invasiver Pflanzen auf die Wurzeldynamik wurde bislang kaum untersucht.
Root biomass = Wurzelbiomasse, Root length = Wurzellänge, ECM rate = Ektomykorrhizen-Anteil
Die Ausbreitung von Kiefern im brasilianischen Atlantische Regenwald
Lasst uns nun wieder aus unseren metaphorischen Böden rauszoomen und uns den tatsächlichen Böden an der Südküste Brasiliens zuwenden, genauer gesagt der Insel Florianópolis und ihren Ökosystemen. Dort sind invasive Kiefern (die meist aus Nordamerika stammen) in die sandige Küstenvegetation des brasilianischen Atlantischen Regenwaldes eingedrungen und verdrängen nach und nach die ansonsten artenreichen und einzigartigen Küstenpflanzengemeinschaften. Zudem ist bekannt, dass sie symbiotische Ektomykorrhiza-Pilze beherbergen, die ihnen helfen, sich in ihrer neuen Umgebung zu etablieren. Aus diesem Grund haben Dr. Emanuela W. A. Weidlich und Student*innen Bodenproben entnommen, um herauszufinden, welche Auswirkungen die Bekämpfung dieser invasiven Baumart auf die Feinwurzeldynamik der Pflanzengemeinschaften hat – mit anderen Worten: Erholt sich der unterirdische Teil des Ökosystems ebenfalls, nachdem die Kiefern entfernt wurden?
Das Erfolgsrezept für ökologische Forschung: Ausdauer, Kreativität und (unglaubliche) Ökosysteme
Unsere Forscher*innen nutzten ein Freiwilligenprogramm sowie ihr eigenes Engagement und ihre Kreativität, um ihre Forschungsarbeit durchzuführen. Das Freiwilligenprogramm besteht aus Bürger*innen, die in einem Schutzgebiet auf Florianópolis invasive Kiefern entfernt haben und dies auch weiterhin tun, wodurch das Forschungsteam 90 Bodenproben in drei verschiedenen Gebietsarten entnehmen konnte: Standorte, die noch nie von Kiefern besiedelt waren, Standorte, die noch immer von Kiefern besiedelt sind, und Standorte, an denen Kiefern vor etwa sechs Jahren entfernt worden waren.
Das Team nutzte selbstgebaute Ausrüstung wie beispielsweise selbstgefertigte Bodenbohrer und verwandelte während des COVID-19-Lockdowns das Haus einer Person aus dem Team in ein improvisiertes Wurzellabor. Anschließend maßen sie die Biomasse der Feinwurzeln, die Wurzellänge und die Menge an ECM in den drei Gebieten.
Was hat die Unterwelt von Florianópolis offenbart?
Ihre Ergebnisse zeigten, dass die von Kiefern besiedelten Flächen eine geringere Biomasse an Feinwurzeln und eine geringere Feinwurzel-Längendichte aufwiesen als die nicht besiedelten Flächen und die Flächen, auf denen Kiefern bereits entfernt worden waren. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Besiedlung durch Kiefern die Art und Weise verändert, wie Pflanzen den Boden nutzen, und die Struktur des unterirdischen Ökosystems verändert. Erklärungen für die geringere Anzahl an Feinwurzeln im besiedelten Gebiet zeigen, dass die Dominanz von Kiefern zu insgesamt dickeren Wurzeln führt (da ausgewachsene Kiefern größere Wurzeln haben) und zudem eine dicke Nadelstreuschicht auf dem Boden bildet. Diese Schicht führt zu Nährstoffmangel, was sich negativ auf das Wurzelwachstum auswirkt.
Nun zu den besseren Nachrichten: In dem renaturierten Bereich, in dem die Kiefern entfernt wurden, war die Menge an Feinwurzeln sehr ähnlich wie in dem Bereich, der nie von invasiven Arten befallen war. Die Bekämpfung invasiver Arten kann also funktionieren! In diesem Fall trug die Entfernung invasiver Arten dazu bei, dass die einheimische Vegetation das Ökosystem nicht nur oberirdisch, sondern auch unterirdisch wiederherstellen konnte.
Ökosysteme sind jedoch komplex, und ihre Erholung verläuft nicht immer vollständig oder unmittelbar. Die Ergebnisse zeigten zudem ähnliche ECM-Anteile in allen drei verschiedenen Gebieten, was darauf hindeutet, dass die mit der invasiven Kiefernart assoziierten ECM-Pilze die Gebiete, in die sie eingeführt wurde, erfolgreich besiedeln können.
Was können wir von dieser Studie lernen?
Die Suche nach Antworten war erfolgreich. Mit ihren Erkentnissen tragen unsere Forscher*innen dazu bei, eine wichtige Wissenslücke zu schließen, indem sie zeigen, dass Wurzeln positiv auf die Bekämpfung invasiver Arten reagieren. Sie legen nahe, dass sich die einheimische Vegetation des Untersuchungsgebiets gut erholt und dass der potenzielle Nachwirkungseffekt der Kieferninvasion die Erholung der unterirdischen Struktur nicht beeinträchtigt hat.
Insgesamt lässt sich aus dieser Studie ableiten, dass invasive Pflanzen zu Veränderungen der Wurzelstruktur führen und somit die Funktionen des Ökosystems beeinflussen können. Darüber hinaus spielt die Wurzeldynamik eine wichtige Rolle beim Regenerations- und Wiederherstellungsprozess im Rahmen der Invasionsbekämpfung, und diese Langzeitauswirkungen sollten langfristig beobachtet werden. Die wichtigste Erkenntnis könnte jedoch sein, dass aussagekräftige ökologische Forschung nicht unbedingt von großen Forschungsteams mit enormen Ressourcen stammen muss:
„Mit Neugier, Kreativität, Ausdauer und bemerkenswerten Ökosystemen, von denen man lernen kann, ist es möglich, wichtige Fragen darüber zu beantworten, wie sich die Natur erholt. Manchmal braucht man dazu nichts weiter als ein selbstgemachtes Werkzeug, eine Schaufel und die Bereitschaft, unter die Oberfläche zu schauen.“
– Dr. Emanuela W. A. Weidlich
Du möchtest tiefer in dieses Thema sowie die Ergebnisse und Methoden der Studie eintauchen? Dann kannst du den vollständigen Forschungsartikel hier lesen.
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