Wissenschaftliche Projekte und Forschungsvorhaben

• Wer gewinnt den Konkurrenzkampf? Buche und Traubeneiche unter dem Einfluss sich ändernder Klimabedingungen
  Projektbeschreibung:

  Die Frage der Klimasensitivität von Buchen und Eichen wird von unterschiedlichen forstwissenschaftlichen Fachrichtungen verschieden beantwortet. Während standorts- und vegetationskundlich orientierte Arbeiten vor allem das weite Verbreitungsgebiet der Buche hervorheben und daraus auf eine hohe Anpassungsfähigkeit der Baumart bei sich änderndem Klima schließen, zeigen Untersuchungen auf der Grundlage der physiologischen Prozesse vielfach eine höhere Trockenstressempfindlichkeit für die Buche als für die Eiche. Das Projekt beleuchtet die Frage der Witterungsabhängigkeit und der Trockenstresstoleranz der beiden Baumarten vor dem Hintergrund retrospektiver Wachstumsanalysen. Hierzu wurden entlang eines Wasserverfügbarkeitsgradienten in Baden-Württemberg acht Buchen-Eichen-Mischbestände in zwei verschiedenen Altersklassen (± 60-jährige Bestände und ± 120-jährige Bestände) und zwei unterschiedlichen Regionen ausgewählt (Westabfall des Schwarzwaldes: gut wasserversorgte Standorte wegen vergleichsweise hoher mittlerer Niederschlagssummen, Stromberg: temporär angespannte Wasserversorgung wegen vergleichsweise geringer mittlerer Niederschlagssummen). Es wurden nur frei drainierbare Standorte ausgewählt. In jedem Bestand wurden fünf vorherrschende Baumpaare, d.h. fünf Buchen (Fagus sylvatica L.) und fünf Traubeneichen (Quercus petraea (Matt.) Liebl.), eingeschlagen und deren Höhen- und Dickenwachstum mittels Stammanalysen untersucht. Hinsichtlich der Zusammenhänge zwischen Höhen- bzw. Dickenwachstum und Trockenstress wurde auf die Jahre 1976 und 2003 fokussiert, bezüglich der Zusammenhänge zwischen Dickenwachstum und Witterung wurde schwerpunktmäßig der Zeitraum 1971 bis 2010 analysiert. Für den letztgenannten Zeitraum wurden Daten aus einem Bodenwasserhaushaltsmodell (LWF-BROOK-90) herangezogen. Dieses Modell wurde anhand der vor Ort und im Labor erhobenen Bodenparameter und der rekonstruierten, räumlich hoch aufgelösten, täglichen Witterungsdaten parametrisiert. Der Höhenzuwachs wurde in vier ca. 60-jährigen Beständen nach den Trockenjahren 1976 und 2003 analysiert. Der jährliche Höhenzuwachs der Buchen unterscheidet sich an den besser wasserversorgten Standorten teilweise deutlich vom Höhenzuwachs der Traubeneichen. Während die Buchen im Trockenjahr einen überdurchschnittlichen Zuwachs und eine ausgeprägte Stressreaktion in den darauffolgenden ein bis zwei Jahren zeigen, kann an den jährlichen Höhenzuwächsen der Traubeneichen keine Reaktion auf das Trockenjahr festgestellt werden. Am trockensten Standort zeigen die Höhenzuwachsverläufe der beiden Baumarten, vor allem nach dem Trockenjahr 1976, große Ähnlichkeiten. Nur an diesem Standort kann anhand des Vergleichs von einzelbaumweise modellierten mit beobachteten Wachstumskurven eine deutliche, über mehrere Jahre anhaltende Reaktion auf die Trockenjahre gezeigt werden, wobei die Unterschiede zwischen den beiden Baumarten gering sind. Die Korrelationen und Regressionen mit monatlichen und täglichen Witterungs- und Bodenwasserdaten zeigen, dass das Dickenwachstum der untersuchten Buchen deutlicher vom Niederschlag und der Bodenfeuchte während des Zeitraums der Jahrringbildung abhängig war als das der Traubeneichen. Entlang des untersuchten Wasserverfügbarkeitsgradienten sind jedoch keine gerichteten Tendenzen zu erkennen. Für die Eiche zeigen nur die Südhänge im Schwarzwald, also nicht die insgesamt trockensten Standorte, eine signifikante und stabile Korrelation zwischen Radialzuwachs und Niederschlag/Bodenfeuchte im Sommer des laufenden Jahres. Der Radialzuwachs der Buchen wird außerdem signifikant negativ von hohen Temperaturen im Sommer des laufenden Jahres (Jungbestände) oder des Vorjahres (Altbestände) beeinflusst, für die Traubeneichen sind die Abhängigkeiten von den Temperaturen dagegen marginal. Die Analyse der Trockenstressreaktion anhand von Trockenstresskennzahlen zeigt weitere interessante Unterschiede zwischen den beiden Baumarten auf. Die Trockenstresskennzahlen erleichtern den Baumarten- und Jahresvergleich, sie geben Auskunft zur Stärke des Zuwachseinbruches (Resistenz), zur Erholung (Recovery) und zur Belastbarkeit (Resistenz). Der Radialzuwachs der Buchen bricht einerseits in den Trockenjahren 1976 und 2003 signifikant stärker ein, als derjenige der Traubeneichen, andererseits erholen sich die jungen Buchen auch signifikant schneller vom Zuwachseinbruch als die Traubeneichen. Dies führt in den untersuchten Jungbeständen sowohl nach 1976 als auch nach 2003 zu einer höheren Resilienz der Buchen, wobei dieser Niveauunterschied zwischen den beiden Baumarten nicht signifikant ist. Anders verhalten sich Einbruch und Erholung in den Altbeständen. Dort zeigen die Traubeneichen eine insgesamt höhere Belastbarkeit als die Buchen (1976 signifikant, 2003 nicht signifikant). Während die Buchen in den Altbeständen 1976 eine ähnlich Erholungsreaktion wie die Eichen zeigen, verläuft die Erholungsreaktion der beiden Baumarten 2003 signifikant unterschiedlich. Die Traubeneichen zeigen in den Trockenfolgejahren einen Anstieg im Vergleich zum Trockenjahr, bei den untersuchten Buchen bleibt dieser aus. Noch deutlicher werden die Unterschiede zwischen den beiden Baumarten in den Altbeständen, wenn die Trockenstressreaktionen anhand der Radialzuwächse in höheren Stammhöhen analysiert werden. Die ausbleibende Erholungsreaktion der Alt-Buchen nach 2003 kann nicht als abnehmende Vitalität dieser Bäume interpretiert werden, sondern muss im Zusammenhang mit den geringen Niederschlägen in den Trockenfolgejahren gesehen werden. Das Erholungsvermögen von Buchen und Traubeneichen in der Region Stromberg geht entlang des Wasserverfügbarkeitsgradienten in ähnlichem Umfang zurück. Die Trockenstress-Intensität, d.h. der relative Rückgang des Matrixpotenzials im Verhältnis zum langjährigen Mittel am jeweiligen Standort, wirkt sich dagegen auf die Erholung und die Belastbarkeit der beiden Baumarten in der Region Stromberg aus. Auch dabei konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen Buchen und Traubeneichen festgestellt werden. Die Trockenstress-Intensität hat demnach im Stromberg eine größere Wirkung auf die Trockenstressreaktion beider Baumarten als die generelle Wasserversorgung des Standorts (Aridität). Im Schwarzwald zeigte sich weder anhand der absoluten noch anhand der relativen Wasserversorgung der Standorte im Trockenjahr eine graduelle Veränderung der Trockenstressreaktion. Der Vergleich der Radialzuwachskurven beider Baumarten im gemeinsamen Überlappungszeitraum 1962 bis 2010 zeigt einen auffallend synchronen Verlauf. Gegensätzliche Zuwachsreaktionen der beiden Baumarten, mit ansteigendem Radialzuwachs der Buchen und abfallendem Radialzuwachs der Eichen, sind nur in den Jahren 1965/66 (beide Regionen) und 1979/80 (nur Stromberg) deutlich zu beobachten. In diesen beiden Jahren können keine vom langjährigen Mittel abweichenden Monatswerte der Witterung beobachtet werden, allerdings sind die beiden Vorjahre (1965 und 1979, nur Stromberg) durch außergewöhnliche Trockenphasen im Spätsommer/Herbst gekennzeichnet. Daneben zeigen die Witterungsanalysen der besonders zuwachskräftigen Jahre für die Buche (1987 und 1988), dass diese - mehr als die Traubeneiche - in der Lage ist, hohe Niederschläge während der Hauptwachstumsperiode (v.a. im Juni) unmittelbar in hohes Dickenwachstum umzusetzen. Die Ergebnisse werden mit Bezug zu den aufgestellten Hypothesen diskutiert: Das Höhenwachstum der jungen Buchen hat im Vergleich zu den jungen Traubeneichen unter den Trockenjahren nicht signifikant stärker gelitten. Im Gegenteil in beiden Trockenjahren zeigen die Buchen sogar ein kräftigeres Höhenwachstum als die Traubeneichen und auch nach den Trockenjahren sind nur in Ausnahmefällen signifikante Unterschiede zwischen Buchen und Traubeneichen vorhanden. Auch die Höhenwachstumsverläufe der beiden Baumarten weichen an den Untersuchungsstandorten nach den Trockenjahren nicht signifikant von ihren „normalen“ Verläufen ab, so dass aufgrund der Ergebnisse nicht gezeigt werden konnte, dass junge Traubeneichen von den benachbarten Buchen aufgrund von selten auftretenden, extremen Trockenjahren später überwachsen werden. Anders kann dies bei häufiger auftretenden Trockenjahren und auf Standorten aussehen, die nicht von beiden Baumarten in ähnlicher Weise durchwurzelt werden. Anzeichen für eine möglicherweise, stärkere Betroffenheit im Höhenwachstums der Buchen finden sich an allen vier Untersuchungsstandorten nach dem Trockenjahr 2003. Zwischen dem Dickenzuwachs und hohen Niederschlägen bzw. hohen Bodenfeuchtigkeitswerten in der Vegetationsperiode des laufenden Jahres bestehen an den untersuchten Standorten für die Buchen deutlich engere positive Zusammenhänge als für die Traubeneichen. Hohe Temperaturen im Sommer des laufenden oder des Vorjahres wirken sich dagegen stärker negativ auf den Radialzuwachs der Buchen, als auf den der Traubeneichen aus. Eine im Vergleich zu den Jungbeständen verzögerte Wachstumsreaktion der Altbestände ist insofern nur hinsichtlich der Temperatur bei den Buchenbeständen zu beobachten. Auf hohe Niederschläge und hohe Bodenfeuchtigkeit reagierten junge und ältere Buchen gleichermaßen und unmittelbar im selben Jahr. Die Traubeneiche in den Jungbeständen wies in beiden Trockenjahren eine signifikant höhere Resistenz, d.h. einen geringeren Zuwachseinbruch, auf als die Buche. Allerdings zeigte die Buche in den Jungbeständen eine signifikant schnellere Erholungsreaktion, so dass die Unterschiede in der Resilienz zwischen beiden Baumarten in den Jungbeständen nicht signifikant sind. In den Altbeständen verfügen die Traubeneichen gegenüber den Buchen über eine höhere Resistenz (1976 signifikant), über die schnellere Erholungsreaktion (2003 signifikant) und damit über die höhere Resilienz (1976 signifikant). Entlang des abgebildeten Wasserverfügbarkeitsgradienten sind keine gerichteten Unterschiede zwischen Buchen und Traubeneichen in ihrer Trockenstressreaktion zu beobachten. Die Trockenstress-Intensität ist für die Trockenstressreaktion beider Baumarten entscheidender als die generelle Wasserversorgung (Aridität) des Standorts. Diese Ergebnisse müssen vor folgendem Hintergrund interpretiert werden: Die untersuchten Standorte in Baden-Württemberg reichen nicht an die jeweiligen Grenzen der natürlichen Baumartenverbreitung heran. Mit einer zunehmenden Klimaveränderung rücken viele Buchen- und Eichen-Standorte in Baden-Württemberg näher an diese Grenzen heran, wobei die Trockenstressreaktionen der beiden Baumarten dann evtl. anders aussehen. Die ausgewählten Untersuchungsbäume stockten auf frei drainierbaren Böden, die beide Baumarten gleichermaßen erschließen. In Baden-Württemberg sind Standorte mit höheren Tonanteilen im Unterboden, die zumindest temporäre Staunässe aufweisen können, verbreitet. Auf diesen Standorten werden sich die Unterschiede in der Trockenstressreaktion zwischen Buchen und Traubeneichen aufgrund ihrer unterschiedlichen Durchwurzelungsmöglichkeiten ausgeprägter darstellen. Die vorgestellten, auf retrospektiven Analysen basierenden Unterschiede zwischen Buchen und Traubeneichen sind damit im Hinblick auf zukünftige Klimaszenarien und deren räumliche Bedeutung in Baden-Württemberg als „Minimalszenario“ anzusehen.
  
  Weitere Informationen: http://freidok.uni-freiburg.de/data/10058
  Ansprechpartner: Arno Mattes
  Tel: +49 761 203-3737
  Email: Arno.Mattes@rpf.bwl.de

  Projektlaufzeit:

  Projektbeginn: 2010
  Projektende: 2014

  Projektleitung:

  Dr. Arno Mattes, Prof. Dr. Dr. h.c. Heinrich Spiecker
  
  Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
  

  Finanzierung:
  
  
  • Forst BW, Sonstiges
  • Institut für Waldwachstum, Sonstiges
  
  Aktueller Forschungsbericht