Stammwachstum und Atmung der Zirbe an der Waldgrenze

An der alpinen Waldgrenze wird die Temperatur während der Vegetationsperiode als der wesentliche, das Baumwachstum limitierende Klimafaktor, angesehen. Die physiologischen Grundlagen der Kambiumtätigkeit wie Beginn, Ende, Jahr-zu-Jahr Variabilität und Einfluss von Umweltfaktoren, wurden jedoch entlang eines Höhengradienten noch nicht untersucht. Die Zirbe (Pinus cembra L.) wurde ausgewählt, da diese Baumart an der Waldgrenze im zentralen Bereich der Ostalpen dominiert. Ein Höhengradient, welcher vom geschlossenen Wald (ca. 1700 m M.H.) bis an die Krummholzgrenze (ca. 2150 m M.H.) reicht, soll im Zuge dieses Projektes am Patscherkofel (Tirol, Österreich) etabliert und der saisonale Ablauf des Stammwachstums und die Dynamik der Holzbildung bei Pinus cembra erfasst werden. Automatische Dickenzuwachsmessungen erfolgen mittels Banddendrometer und die Holzbildung wird durch wiederholte Entnahme von Mikro-Bohrkernen kontinuierlich während der Wachstumsperiode verfolgt (n=3 Bäume/Standort). Zusätzlich werden die kontinuierlichen Aufzeichnungen des Kambialwachstums zu Messungen der Stammatmung und Photosynthese, dem Mikroklima und der Baumphänologie in Beziehung gesetzt, da der Radialzuwachs signifikant mit der CO 2 Freisetzung aus dem Stamm korreliert ist. Dabei kann entlang des Höhentransektes die saisonale Variabilität der CO 2 Freisetzung aus dem Stamm mit der vorherrschenden Temperatur verglichen und auch in Wachstums- und Erhaltungsatmung getrennt werden, da letztere primär von der Anzahl neu gebildeter Xylem- und Phloemzellen abhängig ist. Weiters ist die Holzgewebeatmung auch in einem starken Maß von der Bereitstellung von Kohlenstoffverbindungen, die im Zuge der Photosynthese produzierten werden, abhängig. Dieser Projektantrag beschäftigt sich somit primär mit der Dynamik der Kambiumaktivität und Holzbildung in Beziehung zur Stammatmung von P. cembra und ihre Abhängigkeit von Photosynthese und Mikroklima entlang eines natürlichen Temperatur-gradienten, welcher sich mit zunehmender Seehöhe limitierend auf das Wachstum auswirkt. Die Ermittlung der Kambiumdynamik sowie deren jährliche Variabilität ermöglichen auch eine exaktere Interpretation der an Waldgrenzstandorten mittels statistischer Verfahren der Dendroklimatologie bereits ermittelten Klima-Wachstums-Beziehungen und bietet die Möglichkeit der Erfassung des Einflusses der Klimaerwärmung auf Wachstumsprozesse im Waldgrenzökoton. Weiters werden die Ergebnisse dieser Untersuchungen eine Optimierung von auf Jahrringbreitenschwankungen basierenden Klima-Wachstums-Modellen, die für die Rekonstruktion der Sommertemperatur herangezogen werden können, ermöglichen.

Wachstumsprozesse beinhalten Zellteilung, -streckung und -differenzierung und bewirken eine Zunahme der Trockenmasse, des Volumens, der Länge oder der Fläche. Es gibt zahlreiche Nachweise, dass an der alpinen Waldgrenze niedrige Temperaturen während der Vegetationsperiode die Neubildung von Geweben bzw. das Baumwachstum limitieren. Es liegen auch Untersuchungen vor die belegen, dass die Zellteilung sensitiver auf tiefe Temperaturen reagiert als die Photosynthese. Ziel dieses Projektes war es deshalb die Beziehung zwischen Kambiumaktivität, intra-annuellem Wachstum und Stammatmung bzw. Photosynthese bei Zirbe (Pinus cembra L.) zu ermitteln. Die Zirbe wurde ausgewählt, da diese Baumart an der Waldgrenze im zentralen Bereich der Ostalpen dominiert. Ein Höhengradient, welcher vom geschlossenen Wald (ca. 1950 m M.H.) bis an die Krummholzgrenze (ca. 2180 m M.H.) reichte, wurde am Patscherkofel (Tirol, Österreich) ausgewählt und der saisonale Ablauf des Stammwachstums und die Dynamik der Holzbildung während zweier Wachstumsperioden (2006-2007) erfasst. Automatische Dickenzuwachsmessungen erfolgten mittels Dendrometer und die Holzbildung wurde durch wiederholte Entnahme von Mikro-Bohrkernen kontinuierlich während der Wachstumsperiode verfolgt. Aufzeichnungen der Kambiumaktivität wurden zu Messungen der Stammatmung und Photosynthese, dem Mikroklima und der Baumphänologie in Beziehung gesetzt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, (i) dass an der Baumgrenze am Beginn beider Wachstumsperioden die höchste Anzahl an Kambialzellen sowie Zellen in der Streckungsphase auftraten. Dies deutet darauf hin, dass der Beginn des oberirdischen Sprosswachstums durch die Bodentemperatur beeinflusst wird. (ii) Die Stammatmung wird neben der Temperatur auch durch die Anzahl lebender Zellen bestimmt. Diese lineare Beziehung zwischen Zellproduktion und CO 2 -Freisetzung aus dem Stamm wird jedoch durch Änderungen in der kambialen Aktivität gestört. (iii) Die täglichen Zuwachsraten korrelierten nur an der Wald- und Baumgrenze eng mit der Lufttemperatur, woraus geschlossen werden kann, dass Standortfaktoren an der Krüppelgrenze die Beziehung zwischen Klima und radialem Baumwachstum verändern. Ferner konnten wir feststellen, dass der Beginn des Radialwachstums im Frühjahr von der Wasseraufsättigung des Stammes durch die Anwendung histologischer Analysen klar unterschieden werden kann. (iv) Letztlich ermittelten wir nicht nur eine langfristige Adaptierung der Photosynthese an die in Abhängigkeit von der Höhenlage vorherrschenden Temperaturen, sondern stellten auch die Anpassungsfähigkeit derselben an kurzzeitige Temperaturschwankungen fest. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieses Projektes die Notwendigkeit der Kombination von dendroklimatologischen, ökophysiologischen und histologischen Analysen aufzeigten, um den Einfluss der Temperatur auf das Baumwachstum innerhalb des Waldgrenzökotons detailliert erfassen zu können.