Trockenheitsanpassung und Erholung von Buche und Fichte

Das Kranzberg Roof Project (KROOF) wurde 2013 als ein gemeinsames DFG-Projekt von drei Institutionen initiiert. Dabei handelt es sich um die Waldwachstumskunde (Teil A, Prof. Pretzsch) sowie die Ökophysiologie der Pflanzen (Teil B, Prof. Matyssek) der TU München und die Bodenökologie (Teil C, Prof. Munch/Dr. Pritsch) des Helmholtz-Zentrum Münchens. Diese Kooperation soll fortgesetzt und zur Stärkung der Nährstoffanalytik die Bodenökologie der Universität Freiburg (Teil D, Prof. Lang) integriert werden. Der vorliegende Antrag auf Verlängerung des Teilprojekts B ist ein gemeinsamer D-A-CH Antrag, gestellt von Prof. Rainer Matyssek und Prof. Thorsten Grams (TU München, Deutschland) sowie Dr. Barbara Beikircher (Universität Innsbruck, Österreich) und damit co-finanziert vom österreichischen Wissenschaftsfond (FWF). Er ist einer von vier Anträgen (Teile A D), die parallel an der DFG gestellt werden. Der Fokus liegt auf ökophysiologischen Aspekten der Akklimatisierung an vierjährige Sommertrockenheit mit anschließender Wiederbewässerung. Die extreme Sommertrockenheit, experimentell erzeugt durch eine neuartige Regen-sensitive Dachkonstruktion im Kranzberger Forst, soll bis zum Frühsommer 2018 forstgesetzt werden. Anschließende Wiederbewässerung erfolgt durch kontrollierte Wasserzufuhr auf einzelnen Plots. Parallel dazu wird entlang eines natürlichen Niederschlagsgradienten die Erholung nach der Sommertrockenheit 2015 erfasst. Im Fokus sind folgende Arbeitsbereiche/Ziele: 1) Hydraulische Leitfähigkeit und Trockenstress-induzierte Embolien - Vergleich von jungen und adulten Bäumen 2) Aufnahme von Wasser über Blätter und Zweige sowie hydraulische Umverteilung von Bodenwasser über Wurzeln 3) Erholung von Photosynthese, Wachstum und stomatärer Leitfähigkeit nach Wiederbewässerung 4) Konzentration von nicht-strukturgebundenen Kohlenhydraten nach vierjähriger Sommer-trockenheit und anschließender Wiederbewässerung 5) Tiefe der Bodenwasseraufnahme unter Trockenheit und Erholung nach Wiederbewässerung entlang eines natürlichen Niederschlagsgradienten sowie im Trockenstressexperiment Die funktionalen Interaktionen zwischen Wasser- und Kohlenstoffhaushalt - von der Rhizosphäre bis zu Buchen/Fichten-Beständen - sind von übergeordnetem Interesse mit Fokus auf zwei Hypothesen: (i) Die eher anisohydrische Buche reagiert sensitiver als die eher isohydrische Fichte auf Wieder- bewässerung. Reaktionsmuster werden als Parameter der Resistenz, Resilienz und Dauer der Erholung quantifiziert; mit Schwerpunktauf ökophysiologischenParameternwie Wasserpotential, Xylemleitfähigkeit und Photosynthese. (ii) Entlang des natürlichen Niederschlagsgradienten zeigen beiden Baumarten an den trockenen Standorten eine reduzierte Trockenheitsempfindlichkeit, während Mischpflanzungen einseitig die Trockenheitsempfindlichkeit der Buche reduzieren.

KRoof2 - Trockenheitsanpassung und Erholung von Buche und Fichte. Wälder erfüllen eine Vielzahl von Funktionen. Neben der wirtschaftlichen Nutzung, sind Wälder wichtige Kohlenstoff- und Wasserspeicher und von zentraler Bedeutung für Biodiversität. Sie dienen der Naherholung und übernehmen wichtige Schutzfunktionen. Wie in vielen Teilen der Welt, sind auch mitteleuropäsche Wälder zunehmend durch den Klimawandel beeinträchtigt. In den letzten Jahren kam es zu einer deutlichen Zunahme von langen Dürreereignissen, die durch hohe Temperaturen noch zusätzlich verstärkt wurden. Um Wälder zukunftsfähig zu machen, ist es unerlässlich die Widerstands- und Anpassungsfähigkeit potentieller Baumarten zu kennen. In den letzten Jahren gab es dazu zahllose Untersuchungen, allerdings wurden dabei zumeist nur kurzfristige Auswirkungen von Trockenstress auf juvenile Pflanzen erforscht. Das 'Kranzberg Roof Project (KRoof)' ermöglichte es die Auswirkung von langjährigem Trockenstress auf adulte Bäume zu untersuchen, und ihre Fähigkeit zur Erholung zu ermitteln. Dazu wurden im Kranzberg Forst nahe Freising (Deutschland) 12 Teilflächen eingerichtet, auf denen jeweils mehrere 70 bis 90 Jahre alte Fichten und Buchen wuchsen. Auf sechs Teilflächen wurden automatische Dächer installiert, die in den Vegetationsperioden von 2014-2019 Niederschlag vom Boden abhielten. Im Sommer 2019 wurden diese Dächer entfernt, und alle Bäume bewässert. Im Rahmen dieses Projektes wurde mit Hilfe verschiedener Methoden die Trockenheitstoleranz und der Wasserhaushalt der Bäume vor, während und nach der Wiederbewässerung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Sommertrockenheit sich unterschiedlich stark auf Wuchs, Wasserhaushalt und Trockenheitstoleranz auswirkt, wobei Fichte deutlich stärker betroffen ist als die Buche. Während das Wachstum stark eingeschränkt war, und der Wassergehalt im Stamm trockengestresster Bäume deutlich reduziert war, waren die Unterschiede in der Wasserleitfähigkeit und Trockenheitstoleranz des Wasserleitsystems geringfügig. Wiederbewässerung führte rasch zu einer Erholung der Pflanzen, und nach einem Jahr waren bis auf eine Ausnahme keine Unterschiede zwischen trockengestressten und Kontrollbäumen mehr feststellbar. Untersuchungen mittels Widerstandstomographie zeigten jedoch, dass sich die internen Wasserspeicher im Stamm der Fichte nicht vollständig erholen konnten, und nach einem Jahr wurden immer noch auf deutlich geringere Wassergehalte im Stamm trockengestresster Fichten gemessen. Letzteres könnte gravierende Konsequenzen in zukünftigen Dürreereignisse haben, da Bäume weniger Wasserreserven haben um Wassermangel auszugleichen. Die gewonnenen Erkenntnisse geben wichtige Einblicke in den Wasserhaushalt adulter Bäume unter Sommertrockenheit, sowie Aufschluss über das Regenerationspotential der wirtschaftlich wichtigen Arten Fichte und Buche. Sie zeigen, dass Fichte deutlich stärker beeinträchtigt ist als Buche, und dass Auswirkungen auch nach einem Jahr noch feststellbar sind. Basierend auf den Ergebnissen ist davon auszugehen, dass starker Trockenstress Fichte somit auch längerfristig beeinträchtigt und ein erhöhtes Risiko für trockenbedingtes Absterben bei wiederholtem Auftreten von starken Dürreereignissen besteht.