Hitzestress: Das Klima setzt dem europäischen Wald nachhaltig zu

Basel – So heiss und trocken wie 2018 war noch kein Jahr seit dem Beginn der Wetteraufzeichnungen. Eine erste umfassende Analyse zu den Folgen der Trockenheit zeigt, dass die mitteleuropäischen Wälder nachhaltigen Schaden genommen haben. Gelitten haben auch Baumarten, die eigentlich als trockenresistent gelten, wie Buche, Kiefer und Weisstanne. Die internationale Übersichtstudie entstand unter Leitung der Universität Basel, die ein in Europa einzigartiges Waldexperiment durchführt.

Bislang galt 2003 als das trockenste und heisseste Jahr seit Beginn der regelmässigen Wetteraufzeichnungen. Dieser Rekord darf nun als überholt gelten. Ein Vergleich von Klimadaten aus Deutschland, Österreich und der Schweiz zeigt, dass das Jahr 2018 noch deutlich wärmer ausfiel. Die durchschnittliche Temperatur während der Vegetationsperiode lag 1,2 Grad über dem Wert von 2003 und sogar 3,3 Grad über dem Mittel der Jahre 1961 bis 1990.

Teil der nun veröffentlichen Analyse waren auch Messungen am Basler Forschungsstandort «Swiss Canopy Crane II», wo umfangreiche physiologische Untersuchungen in Baumkronen durchgeführt wurden. Ziel dieser Untersuchungen ist es, besser zu verstehen, wie und wann Bäume aufgrund von Wassermangel betroffen sind, um den Folgen des Klimawandels durch gezielte Bewirtschaftungsmassnahmen entgegenzuwirken.

Wenn Bäume verdursten
Bei grosser Hitze verliert der Baum über seine Oberfläche sehr viel Wasser. Trocknet auch der Boden aus, dann kann der Baum dieses Wasser nicht ersetzen, was sich an der negativen Saugspannung in den Leitungsbahnen des Holzes zeigt. Zwar können Bäume ihren Wasserverbrauch drosseln. Ist das Bodenwasserreservoir jedoch aufgebraucht, ist es letztlich nur eine Frage der Zeit, bis die Dehydrierung der Zellen einen Baum zum Absterben bringt.

Die physiologischen Messungen am Forschungsstandort bei Basel im Hitzesommer 2018 haben gezeigt, dass negative Saugspannungen in den Geweben der Bäume und Wassermangel früher als gewöhnlich auftrat. Vor allem war dieser aber intensiver ausgeprägt als jemals zuvor flächendeckend in Deutschland, Österreich und der Schweiz beobachtet. Schon im Verlauf des Sommers traten daher bei vielen forstwirtschaftlich wichtigen Baumarten schwere dürrebedingte Stress-Symptome auf. Das Laub welkte, alterte und wurde frühzeitig abgeworfen.

Fichten, Kiefern und Buchen am stärksten betroffen
Die wahren Ausmasse des Hitzesommers zeigten sich dann 2019: Viele Bäume trieben gar nicht mehr aus – sie waren teilweise oder ganz abgestorben. Andere hatten den Trocken- und Hitzestress des Vorjahrs zwar überlebt, wurden aber zunehmend anfälliger für einen Befall mit Borkenkäfern oder Pilzen. Betroffen waren besonders Bäume mit teilweise abgestorbenen Kronen, die sich nur schlecht von den Schäden erholen konnten.

«Fichten sind am stärksten betroffen. Überraschend für uns war allerdings, dass auch Buchen, Weisstannen und Föhren in diesem Ausmass geschädigt wurden», so der Forschungsleiter Prof. Dr. Ansgar Kahmen. Gerade Buchen wurden bislang noch als «Zukunftsbäume» eingestuft, wobei ihre vermeintliche Trockenstressresistenz schon seit dem Hitzejahr 2003 kontrovers diskutiert wird.

Zukunftsszenarien gegen Hitze und Dürre
Gemäss neusten Prognosen sollen die Niederschläge in Europa bis zum Jahr 2085 um bis zu einem Fünftel zurückgehen. Dürre- und Hitzeereignisse werden sich somit häufen. Ein Umbau der Wälder sei daher unumgänglich. «Propagiert werden dabei oft Mischwälder», erklärt der Pflanzenökologe Kahmen, «und sicherlich haben diese auch viele ökologische und auch ökonomische Vorteile. Ob Mischwälder aber auch trockenresistenter sind, ist noch nicht eindeutig bewiesen. Wir müssen noch erforschen, welche Baumarten in welcher Kombination gut sind, auch forstwirtschaftlich gesehen. Das wird ein längerer Weg.»

Eine weitere Erkenntnis der Studie ist, dass die Erfassung von extremen Klimaereignissen mit bislang gängigen Methoden nur beschränkt möglich ist und dass es neue Analyseansätze braucht. «Die Schäden sind offensichtlich. Schwieriger ist es, diese exakt zu beziffern und daraus die richtigen Erkenntnisse für die Zukunft zu ziehen», so Kahmen. Erdbeobachtungsdaten von Satelliten könnten helfen, das Baumsterben kleinräumig zu verfolgen. Aus solchen Daten liessen sich räumliche Muster ableiten, die wichtige ökologische und forstliche Informationen enthalten: Welche Baumarten waren wann und an welchen Standorten stark betroffen, und welche haben schadlos überlebt? «In den USA gibt es in manchen Regionen schon ein solches System, für Mitteleuropa fehlt es aber noch.» (Universität Basel/mc/ps)

Originalbeitrag
Schuldt, Bernhard & Buras, Allan & Arend, Matthias & Vitasse, Yann & Beierkuhnlein, Carl & Damm, Alexander & Gharun, Mana & Grams, Thorsten & Hauck, Markus & Hajek, Peter & Hartmann, Henrik & Hilbrunner, Erika & Hoch, Günter & Holloway-Phillips, Meisha & Körner, Christian & Larysch, Elena & Luebbe, Torben & Nelson, Daniel & Rammig, Anja & Kahmen, Ansgar.

A first assessment of the impact of the extreme 2018 summer drought on Central European forests
Basic and Applied Ecology (April 2020); doi: 10.1016/j.baae.2020.04.003

Swiss Canopy Crane II – gross angelegtes Waldexperiment
In einem Wald in Hölstein bei Basel betreibt das Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel ein für Europa einmaliges Waldexperiment. Auf der 1,6 Hektar grossen Untersuchungsfläche wachsen insgesamt 450 Bäume, die zwischen 50 und 120 Jahre alt sind, darunter Rotbuchen, Stieleichen, Hagebuchen, Fichten, Waldföhren, Elsbeeren und andere. Ein 50 Meter hoher Kran ermöglicht es, die Auswirkungen des Klimawandels in den wichtigsten und sensibelsten Teilen der Bäume – den Baumkronen – zu erforschen. Weiter soll ab 2021 die Hälfte der Untersuchungsfläche mit einem Regendach überdeckt werden, um Trockenheit zu simulieren. Die Forschenden möchten klären, welche einheimischen Baumarten besonders empfindlich auf Trockenheit ansprechen und ob ausgewachsene Bäume in der Lage sind, ihren Stoffwechsel an Klimaveränderungen anzupassen. Zudem geht es um die Frage, wie sich der Wassermangel auf biogeochemische Kreisläufe im Wald auswirkt und ob unsere Wälder auch unter zukünftigen Klimabedingungen grosse Mengen an Kohlenstoff speichern können. Das Waldexperiment startete 2018 und hat eine Laufzeit von 20 Jahren.