Mancher Skitourenfahrer mag sich in den letzten Jahren bei der Abfahrt vom Piz D’Err über die Alp Flix schon über die in einer langen Reihe angeordneten Kreise im Schnee gewundert haben. In grossen Ringen sind hüfthohe transparente Scheiben sowie dicke gerippte Schläuche an Pfählen aufgehängt. Ein Landeplatz für UFOs? Aufzucht von pflegebedürftigen Schafen? Anstelle von Ausserirdischen oder Lämmchen findet man nach Beginn der Schneeschmelze jedoch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den Kreisen an der Arbeit. Meist knien sie in der bunt blühenden Wiese, halten Messkammern über die Pflanzen, oder sie notieren sich Zahlen und wissenschaftliche Pflanzennamen. Man hört ein beständiges Rauschen von Ventilatoren und die Luft riecht leicht nach Chlor und steril.

Luftschadstoffe im Biodiversitäts-Hotspot

Doch was wollen die Forscher mit dieser Aktion im abgeschiedenen Bünderland? Das Feldexperiment der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART) ist der Frage gewidmet, wie Luftschadstoffe artenreiche Bergwiesen beeinflussen. Subalpine Wiesen wie diejenigen auf der Alp Flix gehören zu den so genannten Biodiversitäts-Hotspots, weisen also eine überdurchschnittliche hohe Anzahl Arten auf. Auf subalpinen Höhenlagen zwischen 1700 und 2200 m.ü.M. können Pflanzen und Tiere aus der Voralpenstufe sowie aus hochalpinen Zonen überleben. Die abwechslungsreiche Landschaft und ihre vielfältige Nutzung durch Mensch und Tier erzeugen ein kleinräumiges Mosaik von Standorten, welches den verschiedensten Arten einen Lebensraum bietet. So kann sich der Wanderer auf den Bergweiden der Alp Flix an Küchenschelle, Arnika oder Männertreu erfreuen.

Die Anlage mit den mysteriösen Kreisen dient dazu, eine zunehmende Luftverschmutzung zu simulieren. Im konkreten Fall der Alp Flix setzt man die Pflanzen erhöhten Konzentrationen von Ozon und Stickstoffverbindungen wie Stickoxide und Ammoniak aus. Diese Schadstoffe belasten unsere Luft gegenwärtig am stärksten.

Zwar ist die Alpenluft bisher deutlich weniger belastet als diejenige im Flach-oder Mittelland. Dies könnte sich aber ändern. Denn Schadstoffe werden mit den Luftmassen über grosse Distanzen verfrachtet und gelangen so auch in entlegene Gebiete. Durch ihre Exponiertheit sind unsere Berge besonders den globalen Luftmassen ausgesetzt, in welchen die Schadstoffkonzentrationen wegen der weltweit zunehmenden Industrialisierung (z.B. in Asien) stark ansteigen dürften.

Luftverschmutzung simulieren

Die Forscher auf der Alp Flix simulieren in ihrem Experiment verschiedene Szenarien zukünftiger Luftverschmutzung und vergleichen sie mit der Situation in der noch relativ sauberen Luft von heute. So strömt aus grauen Schläuchen kontrolliert Ozon auf die 180 Rasenziegel, die aus einer artenreichen Borstgraswiese ausgegraben und in Plastikkisten in den Begasungsringen in den Boden eingegraben wurden. Für die Versuche erhalten diese Flächen Luft, bei der drei Ozonkonzentrationen und fünf Stufen von Stickstoffniederschlag (0-50 kg pro Hektare jährlich) kombiniert werden. In mühsamer Kleinarbeit zählen die Wissenschaftler jedes Jahr, wie häufig jede Pflanzenart vorkommt. Ausserdem mähen sie die Rasenziegel einmal pro Jahr mit einer Küchenschere und wägen die getrockneten Pflanzen. Über die Jahre lässt sich so eine Zunahme oder eine Abnahme von einzelnen Pflanzenarten oder Pflanzengruppen und der Biomasse verfolgen. Das Experiment wurde im Frühling 2004 begonnen und soll bis Ende 2011 dauern. Kürzlich sind nun die ersten Resultate erschienen.¹

Alpenpflanzen tolerant gegen Ozon?

Erstaunlicherweise legen die neuen Ergebnisse nahe, dass die Wirkung einer erhöhten Ozonbelastung auf die Pflanzen gering ist. Bei Ozonkonzentrationen über dem heutigen Niveau verfärbten sich die Blätter der Pflanzen zwar früher als sonst in ein herbstliches Gelb. Dies hatte bisher jedoch keinen Einfluss auf das Wachstum und den Ertrag in den Untersuchungsflächen. Obwohl das Ozon einige Pflanzenarten stärker als andere schädigte, sind diese im Laufe der vier Jahre nicht seltener geworden.

Diese Beobachtung ist bemerkenswert, weil Pflanzen im Flachland oft mit deutlichen Blattschäden und geringerem Wachstum auf den Schadstoff reagieren. Dabei wird Ozon von den Pflanzen aus der Luft über die Poren in die Blätter aufgenommen, wo es giftig wirkt und zum Zelltod führen kann. Möglicherweise sind Alpenpflanzen wegen ihrer hohen Toleranz gegenüber jeglichem Stress wie Wind, Temperaturschwankungen und hoher UV-Strahlung besser in der Lage Ozonstress auszuhalten. Es ist aber auch denkbar, dass der wiederkehrende „frühe Herbst“, den ozonbelasteten Pflanzen erleben, sich erst längerfristig negativ auf ihr Wachstum auswirkt. Dies werden die Resultate nach Abschluss des Experiments im Jahr 2011 zeigen.

Stickstoff liebende Seggen verdrängen Orchideen

Scheinen die Alpenpflanzen mit dem Ozon noch gut zurande zu kommen, ist die Situation beim Stickstoff kritischer. So zeigten die Versuche deutlich, dass bereits geringe Mengen dieses Schadstoffes aus der Luft im Bereich von zusätzlichen nur 10 kg pro Hektare und Jahr reichen, um das Wachstum und die Artenzusammensetzung von artenreichen subalpinen Wiesen zu verändern. Bei einem Stickstoffeintrag von 50 kg ist der Ertrag ca. 35% höher, da der Stickstoff auf Pflanzen wie ein Dünger wirkt. In landwirtschaftlich intensiv genutzten Regionen ist dies für Nutzpflanzen kein Problem oder sogar erwünscht. In natürlichen Pflanzengesellschaften jedoch führt dies dazu, dass Pflanzen, welche an nährstoffarme Böden angepasst sind, von schnellwüchsigen, Stickstoff liebenden Arten verdrängt werden. Im Experiment auf der Alp Flix hat genau dies stattgefunden: Bereits nach vier Jahren haben die Seggen (grasartige Pflanzen) ihren Anteil in den Rasenziegeln mit dem höchsten Stickstoffeintrag von 10 auf 33% mehr als verdreifacht. Sie allein waren letztlich für den beobachteten Ertragszuwachs verantwortlich.

Seggen scheinen den aus der Luft eingetragenen Stickstoff besser als andere Arten zu verwerten sowie grössere Blätter und jährlich mehr Triebe zu bilden. Längerfristig führt diese Entwicklung dazu, dass Seggen Arten wie beispielsweise Orchideen, welche mit sehr wenig Stickstoff auskommen, verdrängen. Zu keiner Wechselwirkung kommt es dagegen zwischen Ozon und Stickstoff. Dies obwohl verschiedene Forscher vermuteten, dass stark gedüngte schnell wachsende Pflanzen empfindlicher auf Ozon reagieren würden.

Insgesamt weist die erste Phase der Experimente auf der Alp Flix darauf hin, dass global steigende Konzentrationen von Stickstoffverbindungen eine Gefahr für die Artenvielfalt alpiner Pflanzengesellschaften darstellen und damit einige der letzten Biodiversitäts-Hotspots bedroht sind. Soll die Alp Flix also weiterhin so reichhaltig blühen, muss der Ausstoss von Luftschadstoffen nicht nur in der Schweiz, sondern weltweit verringert werden.

1 Bassin, Seraina. 2007. Effects of combined ozone and nitrogen deposition on a species-rich subalpine pasture. Dissertation ETH No. 17373. Die Arbeit wurde unterstützt von der Stiftung "Schatzinsel Alp Flix" und vom Bundesamt für Umwelt, BAFU

Dieser Text erschien in „Die Alpen“ 7/08 und wurde ETH Life zur kostenlosen Publikation überlassen. Jede weitere Veröffentlichung braucht die Zustimmung der Redaktion „Die Alpen“.