Reaktion von fünf Nadelbaumarten auf Trockenheit

Hintergrund

In dieser Studie kombinierten wir Jahrringuntersuchungen und stabile Isotopen-Methoden. Die Studie fand auf einem grossen ökologischen Gradienten statt, der die nördlichen Schweizer Alpen (nass), das Schweizer Mittelland und die Ausläufer des Schweizer Jura (feucht) sowie die Zentralalpen (trocken) umfasste. Insgesamt wurden 770 Bäume an 14 Standorten untersucht (Abbildung 1). An jedem Standort waren mindestens drei Baumarten vertreten, und die Bäume waren mindestens 80 Jahre alt. An zwei Standorten wurden auch stabile Isotope in den Jahrringen untersucht, um Wasser- und Gasaustausch sowie die Kohlenstoffassimilation detaillierter zu verstehen. An allen Standorten wurde mithilfe von Klima- und Bodendaten der Wasserhaushalt charakterisiert.

Resultate

Wie die Reaktion auf vergangene Trockenjahre zeigte, waren Fichte und Lärche am anfälligsten auf Bodenwasserdefizite, gefolgt von der Waldföhre. An trockenen Standorten reagierte die Lärche sehr empfindlich auf extreme Trockenperioden. Im Gegensatz dazu beeinträchtigte Wassermangel das Wachstum der Douglasie und der Schwarzföhre nur wenig, unabhängig von den Feuchtigkeitsbedingungen am Standort.

Je nach Klima reagierten die Bäume unterschiedlich auf Bodenwasserdefizite zu verschiedenen Jahreszeiten, wie die Analyse der stabilen Isotope von Kohlenstoff (δ¹³C) und Sauerstoff (δ¹⁸O) zeigte. Diese Teilstudie fand an zwei Standorten statt, nämlich unter den sehr trockenen Bedingungen der Zentralalpen (Aosta) und unter den feuchten Bedingungen des Jurarandes (Biel).

Am feuchten Standort reduzierte Sommertrockenheit die Photosynthese und das Wachstum aller Arten erheblich, wogegen am trockenen Standort die Wasserverfügbarkeit im Winter und Frühling für alle Arten kritisch war. Am feuchten Standort reagierten die Bäume auf Wasserdefizite von kurzer Dauer anfälliger als am trockenen Standort. Demzufolge dürfte der Zuwachs am feuchten Standort erheblich abnehmen, wenn die Sommer trockener werden, was Klimaszenarien nahelegen. Am trockenen Standort hingegen könnte Wassermangel vor Beginn der Vegetationsperiode das Wachstum der hochsensiblen Fichten und Lärchen stark einschränken oder zum Ausfall dieser Baumarten führen.

In einer weiteren Teilstudie wurde die Entwicklung der Wassernutzungseffizienz der Bäume mit den oben genannten Isotopen von Sauerstoff und Kohlenstoff untersucht. Es zeigte sich, dass trotz der langfristigen Zunahme der Wassernutzungseffizienz, die mit dem zunehmenden Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre zusammenhängen dürfte, der radiale Stammzuwachs der meisten Arten seit den 1980er Jahren erheblich abgenommen hat, übereinstimmend mit abnehmender Wasserverfügbarkeit. Die Bäume schränkten demnach zwar ihre Transpiration durch Schliessung der Spaltöffnungen der Nadeln ein, reduzierten gleichzeitig aber auch ihre Photosynthese und ihr Wachstum. Der zunehmende Stress durch Trockenheit kompensierte also den möglichen Düngungseffekt des Kohlendioxids.

Die robuste Reaktion der exotischen Schwarzföhren und Douglasien auf Wasserdefizite zeigt, dass sie die empfindlicheren Fichten, Lärchen und Föhren dort ersetzen könnten, wo es diesen im Zuge des Klimawandels zu trocken wird. Dabei sind Vor- und Nachteile von Schwarzföhre und Douglasie sorgfältig abzuwägen, denn sie könnten auf Schädlinge anfällig sein und Lebensraum für weniger Arten bieten als einheimische Bäume. Daher sollten sie zurückhaltend und nur in Mischung mit einheimischen Baumarten verwendet werden. Näher zu untersuchen ist auch, ob diese fremdländischen Baumarten auf besonderen Standorten nicht doch invasiv werden könnten, obwohl es heute kaum Anzeichen dafür gibt.

Untersuchte Baumarten Projekt "Nadelbäume und Trockenheit"

• Fichte (Picea abies (L.) Karst.)
• Waldföhre (Pinus sylvestris L.)
• Lärche (Larix decidua Mill.)
• Douglasie (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco var. Menziesii)
• Schwarzföhre (Pinus nigra Arn.)

Publikationen

Lévesque, M.; Siegwolf, R.; Saurer, M.; Eilmann, B.; Rigling, A., 2014. Increased water-use efficiency does not lead to enhanced tree growth under xeric and mesic conditions. New Phytol. 203: 94-109.

Bugmann, H.; Brang, P.; Elkin, C.; Henne, P.; Jakoby, O.; Lévesque, M.; Lischke, H.; Psomas, A.; Rigling, A.; Wermelinger, B.; Zimmermann, N.E., 2014. Climate change impacts on tree species, forest properties, and ecosystem services. In: CH2014-Impacts (2014), Toward Quantitative Scenarios of Climate Change Impacts in Switzerland. Bern, OCCR, FOEN, MeteoSwiss, C2SM, Agroscope, ProClim. 79-89.

Lévesque, M.; Rigling, A.; Bugmann, H.; Weber, P.; Brang, P., 2014: Growth response of five co-occurring conifers to drought across a wide climatic gradient in Central Europe. Agric. For. Meteorol. 197: 1-12.

Lévesque, M.; Saurer, M.; Siegwolf, R.; Eilmann, B.; Brang, P.; Bugmann, H.; Rigling, A., 2013. Drought response of five conifer species under contrasting water availability suggests high vulnerability of Norway spruce and European larch. Glob. Chang. Biol. 19: 3184-3199.