Unterscheidet sich das Reaktionsvermögen auf Endtriebverlust von Schweizer Tannen, Fichten und Buchen je nach Genotyp?

Hintergrund

Nach heutigem Stand des Wissens wird der Klimawandel die Waldbäume auch in der Schweiz auf vielen Standorten beeinflussen. Auf das wärmere und trockenere Klima, und insbesondere auf die wohl häufigeren Trockenperioden, werden jedoch nicht alle Baumarten gleichermassen reagieren. Waldbaumpopulationen sind als Folge von Selektion an ihre lokale Umwelt (wie Klima, Boden etc.) angepasst. Inwieweit autochthone Populationen aber an das vorausgesagte wärmere und trockenere Klima angepasst sind oder sich anpassen können, ist ungewiss und erst bei wenigen Baumarten untersucht. Wenn viele Populationen aus unterschiedlichsten Herkünften (Provenienzen) am selben Standort wachsen (in derselben Umwelt), sollten sich lokale Anpassungen in Form von unterschiedlichen Phänotypen zeigen. Unterschiede in Wachstum, Phänologie und Morphologie können also unter gleichen Umweltbedingungen auf genetische Variation zurückgeführt werden. Dieser Mechanismus hat sich das Projekt ADAPT: Adaptive genetische Variation von Fichte, Tanne und Buche in einem umfassenden Feldexperiment zunutze gemacht, um für Fichte (Picea abies), Tanne (Abies alba) und Buche (Fagus sylvatica) – die drei häufigsten Baumarten der Schweiz (zusammen rund 77% der Basalfläche) – das Risiko schlechter Anpassung heutiger Populationen an das zukünftige Klima abzuschätzen.

Unter heutigem Klima weisen Baumsämlinge eine gewisse Toleranz gegenüber Verbiss durch Reh, Gams und Rothirsch, sowie gegenüber Triebfrass durch Insekten auf. Diese Toleranz hängt von der Stärke des Verbisses und Umweltfaktoren ab und wahrscheinlich auch von genetischen Faktoren. Zum Beispiel entscheidet die Anzahl und Verteilung der (dormanten und regulären) Knospen am Endtrieb – Merkmale die mindestens Teilweise genetisch fixiert sind – bei vielen Baumarten über die Resilienz nach Verbiss. Wieviel die Reaktionsfähigkeit nach Verbiss wirklich von genetisch fixierten Merkmalen abhängt ist bisher aber weitgehend unklar.

Da infolge der zunehmenden Wildtierdichten mit zunehmenden Schwierigkeiten mit der Baumverjüngung bis hin zu Verjüngungsausfällen zu rechnen ist, wäre ein grösseres Wissen über das Reaktionspotential der verschiedenen Baum-Provenienzen der Schweiz sehr wertvoll.

Wichtige Forschungslücken sind insbesondere der Einfluss intraspezifischer genetischer Differenzierung auf:

• die Erholung nach leichtem und stärkerem Stress durch Frost oder Verbiss,
• die forstliche (Stamm-)Qualität ohne und insbesondere nach Stress,
• die Ausprägung der Wuchsform und Resilienz nach Endtriebverlust an verschiedenen Standorten.

Forschungsfragen

1. Wie groß ist der Einfluss der genetischen Variation einheimischer Populationen von Tanne, Fichte und Buche in Bezug auf ihre Wuchsform und Reaktion nach Endtriebverlust durch Verbiss (künstlichen Treibschnitt) und/oder Frost in der Schweiz?
2. Sind Populationen aus Herkünften, die gut an das zukünftige Klima angepasst sind, auch forstwirtschaftlich wertvolle Provenienzen mit gutem Zuwachs und von hoher Qualität (gerade Schaftform, einstämmig)?
3. Reagieren die gut an das künftige Klima angepassten Populationen auch schnell und effizient auf den Verlust des Endtriebes durch Verbiss von Reh, Gams und Rothirsch oder anderer Endtriebschäden?
4. Hat der Standort einen Einfluss auf die herkunftspezifische Resilienz nach Endtriebverlust?

Experimentelles Design

Um diese Fragen zu beantworten dürfen wir die bestehende, einzigartige Versuchsanordnung des Projektes ADAPT, sowie alle bisher erfassten Daten, weiternutzen. Im Jahr 2012 wurden im Rahmen von ADAPT auf dem Brunnersberg im solothurnischen Jura und in Birmensdorf/ZH von je rund 90 einheimischen autochthonen Provenienzen der 3 wichtigsten Baumarten der Schweiz je 48 Bäumchen gepflanzt, insgesamt rund 4‘300 Pflanzen pro Art und Standort. Anschliessend führte ADAPT an diesen Pflanzen während zwei Wuchsperioden umfangreiche phänologische Untersuchungen durch. Mittlerweile sind die über 17‘000 Bäumchen 3-5 jährig und zwischen ca. 10 cm und 2 m gross.

Im vorliegenden Projekt haben wir in einem ersten Schritt den Merkmalskatalog mit Untersuchungen zu Baumhöhe, Wuchsform, Mehrstämmigkeit und Knospenanzahl erweitert. Die Feldaufnahmen und Datenbereinigung fanden bis April 2015 statt.

In einem zweiten Schritt sollen die Bäumchen auf ihre Reaktionsfähigkeit nach leichtem bis schwerem Stress nach Endtriebverlust getestet werden. Zu diesem Zweck starteten wir ein simuliertes Verbissexperiment auf dem Brunnersberg für alle 3 Baumarten und in Birmensdorf zusätzlich für die morphologisch äusserst vielfältige Buche. Rund 1/3 der Bäumchen pro Baumart wurden einem leichten Triebschnitt im März 2015 unterzogen, ähnlich dem Winterverbiss durch Reh oder Knospenfrass durch Insekten. Bei einem weiteren Drittel wurde starker Winterverbiss von Gams und Rothirsch simuliert. Das letzte Drittel bleibt bei allen drei Baumarten unbehandelt und dient somit als Kontrolle.

Projektziel

Die Empfindlichkeit und das Reaktionsvermögen auf Triebschnitt, sowie die forstliche Qualität (Wuchsform, Mehrstämmigkeit etc.), sollen nach dem durch Triebschnitt künstlich erzeugten Stress untersucht werden. Ziel ist herauszufinden, inwieweit die genetische Variation die Resilienz und Wuchsform dieser drei Baumarten beeinflusst? Mit diesen Untersuchungen können zuhanden der Forstpraxis Empfehlungen für die Auswahl von geeignetem Vermehrungsgut für Pflanzungen abgegeben werden, welche die Klimafitness, die Wuchsgeschwindigkeit, die Schaftqualität, sowie die Resilienz nach Schädigungen durch Wildverbiss, Insektenfrass und Frost berücksichtigen. Da der Fokus des gesamten Projektes auf der Identifikation von Unterschieden in morphologischen und physiologischen Merkmalen zwischen, aber insbesondere innerhalb der drei Arten Tanne, Fichte und Buche liegt, können mittels ‚morphologischen‘ Typen auch Einschätzungen zur Resilienz von Naturverjüngung gemacht werden.