Baumgrenzenforschung: Langzeitversuch Stillberg

Hintergrund und Forschungsfragen

Jahrhundertelange Beweidung hat in vielen europäischen Berggebieten dazu geführt, dass die Baumgrenze heute tiefer liegt als in unberührten Gebieten. Für die Baumgrenzenforschung ist es deshalb schwierig auseinanderzuhalten, ob die Bewirtschaftung oder bestimmte Umweltfaktoren für das Wachstum und Überleben der Baumarten im Bereich der Baumgrenze verantwortlich sind.

Die oberhalb der momentanen Baumgrenze liegende, grossflächig aufgeforstete Versuchsfläche am Stillberg bietet uns Gelegenheit, diese Problematik zu umgehen. In einem Forschungsprojekt widmeten wir uns folgenden Forschungsfragen:

• Können Bäume in den Alpen auch oberhalb der jetzigen Baumgrenze überleben?
• Welche Umweltfaktoren beeinflussen Wachstum und Überleben der Bäume nahe der Baumgrenze?
• Verändert sich die Bedeutung der verschiedenen Umweltfaktoren für die Bäume während ihres Lebenszyklus?

Stillberg Versuchsfläche, Foto: Nick Dawes

Methoden

Die 5 ha grosse Versuchsfläche Stillberg befindet sich im Dischmatal in der Nähe von Davos. Ihr unterer Rand liegt ungefähr auf der Höhe der heutigen Baumgrenze (2075 m ü. M.) und sie erstreckt sich bis auf 2230 m ü. M. hinauf. Im Jahr 1975 wurden dort rund 92000 Jungpflanzen der drei Baumarten Lärche (Larix deciua), Bergföhre (Pinus mugo ssp. uncinata) und Arve (Pinus cembra) gesetzt. Forschende erfassten während 30 Jahren Wachstum und Mortalität dieser Pflanzen.

Diese Langzeitdaten werteten wir mit statistischen Methoden aus (Klassifikations- und Regressionsbäume sowie verschiedene multivariate Regressionsmodelle) und), um zu untersuchen, ob und inwiefern Mortalität und Wachstum der drei Baumarten von den verschiedenen Umweltfaktoren abhängen. Dazu gehören Höhenlage, Schneebedeckung, Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung.

Resultate

Bei allen drei Arten waren die Mortalitätsraten während der ersten 15 Jahre nach der Pflanzung am höchsten. Bergföhre und Arve wiesen jedoch über die ganzen 30 Jahre eine ziemlich hohe Sterblichkeit auf, wofür in erster Linie die pathogenen Schneepilze Phacidium infestans (nur Arve) und Gremmeniella abietina verantwortlich waren. Jahre, in denen die Bäume im Frühling vollständig vom Schnee bedeckt und deshalb besonders anfällig auf Pilzbefall waren, scheinen die Verbreitung dieser Baumarten im Bereich der Waldgrenze entscheidend einzuschränken. Dies zeigt, dass nicht in erster Linie die Zeit nach der Keimung kritisch für das Überleben ist, sondern dass vor allem die daran anschliessende Lebensphase die Sterberaten sehr stark beeinflussen kann.

Fig. 1: Überlebensraten von Arve (rot), Bergföhre (blau) und Lärche (grün) zwischen 1975-2005.

Bei allen drei Arten stieg die Mortalität in Höhenlagen über ca. 2160 m ü. M. (Fig. 2) deutlich an. Ihr Wachstum nahm ausserdem mit zunehmender Meereshöhe schrittweise ab.

Fig. 2: Zusammenhang zwischen Mortalität und Höhenlage zwischen 1975 und 2005 für die 3 am Stillberg gepflanzten Baumarten. Die roten Balken markieren die Höhenlage von 2160 m, oberhalb der die Überlebenswahrscheinlichkeit für alle 3 Baumarten stark abnimmt.

Die drei Arten zeigten generell eine geringere Sterblichkeit an Standorten, die im Frühling früh ausapern (höchste Überlebensrate bei einer Schneeschmelze vor dem 20. Mai (Tag 140)). Das Wachstumsoptimum hingegen lag bei einer etwas späteren Schneeschmelze, ca. bei Tag 145-150 (Fig. 3).

Fig. 3: Zusammenhang zwischen Überleben und Ausaperungsdatum für die 3 Baumarten Arve, Bergföhre und Lärche zwischen 1975 und 2005. Die rote Linie markiert jeweils das optimal Ausaperungsdatum für ein möglichst gutes Überleben, die blaue Linie markiert das optimale Ausaperungsdatum für das Wachstum der Bäume.

Der Zeitpunkt der Schneeschmelze blieb während der 30 Jahre der bedeutendste Faktor für die Sterblichkeit. Die Höhe über Meer hingegen beeinflusste das Wachstum am stärksten. Trotz der gestiegenen Lufttemperaturen während des Beobachtungszeitraums blieb die Höhe die wichtigste Umweltvariable für das Wachstum und die zweitwichtigste für die Mortalität der Bäume. Dies deutet darauf hin, dass der Temperaturanstieg noch nicht gross genug war, um Wachstum und Überleben der Bäume bereits entscheidend zu verbessern. Mit zunehmendem Alter der Bäume stieg dafür der Einfluss des Windes auf ihr Überleben und Wachstum. Dies kann damit erklärt werden, dass, je grösser die Bäume sind, je stärker sie durch Wind und Schneeverwehungen mechanisch beschädigt werden.

Folgerungen

• Jungpflanzen von Lärche, Bergföhre und Arve können über 100 m oberhalb der momentanen Baumgrenze gut überleben. Die höhenbedingten Einschränkungen von Wachstum und Überleben zeigen jedoch, das unter den heutigen klimatischen Bedingungen die Baumgrenze nicht viel höher steigen kann.
• Kleine Veränderungen in der Dauer der Schneebedeckung im Frühling können, zusätzlich zur Höhenlage, einen grossen Einfluss auf die Überlebenschancen und das Wachstumsmuster der Baumarten im Bereich der Baumgrenze haben.

Team

Ignacio Barbeito (SLF)

Melissa Dawes (SLF)

Christian Rixen (SLF)

Peter Bebi (SLF)

Josef Senn (WSL)

Weitere Infos über die Studie unter:

http://www.esajournals.org/doi/abs/10.1890/11-0384.1