Der Wasserhaushalt von Waldbeständen in Zusammenhang mit Ozon, Kronenverlichtung und Klimaänderungen

Problemstellung

Wasserhaushalt von Waldbeständen

Seit Mitte der 80er Jahre ist in der Schweiz eine Zunahme der Kronentransparenz von Waldbäumen beobachtet worden, deren spezifischen Ursachen derzeit nur in wenigen Fällen identifiziert werden können. Es gibt jedoch verschiedene Hinweise, dass der Wasserhaushalt, insbesondere Trockenstress eine kritische Grösse bezüglich des Nadel- und Blattverlusts darstellt. Bei anhaltender Trockenheit reagieren viele einheimische Bäume mit dem Abwurf von Nadeln oder Blättern, um die Evapotranspiration herabzusetzen. Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Untersuchung von Kronenverlichtungen sind ferner die erhöhten Ozonkonzentrationen, die häufig in Wechselwirkung mit dem Wasserhaushalt stehen. Als Folge des befürchteten globalen Klimawandels werden Änderungen des Wasserhaushalts erwartet, die lokal zu einem kritischen Wasserdefizit führen könnten. Inwieweit die zukünftige Kombination der Faktoren Temperatur, Wasserverfügbarkeit und Ozon den Waldzustand beeinflussen wird, ist ebenfalls noch ungeklärt.

Ziele des Projekts

• Entwicklung eines regionalen Wasserhaushaltsmodells, das verschiedene Standortsfaktoren und Vegetationscharakteristika detailliert berücksichtigt
• Schätzung des lokalen Wasserhaushalts von Waldbeständen mit Hilfe des zu entwickelnden Modells, insbesondere der für Waldbäume verfügbaren Wassermenge und des Trockenstresses flächendeckend für die Schweiz
• Statistische Untersuchung der Zusammenhänge von Wasserhaushalt und Kronenverlichtung auf den Flächen der langfristigen Waldökosystemforschung, den Flächen der Sanasilva Inventur und in ausgesuchten Waldbeständen, für die Waldschäden bekannt und dokumentiert sind
• Statistische Untersuchung der Korrelationen zwischen Wasserhaushalt, Ozonbelastung und Blatt- und Nadelverlusten; Identifizierung kritischer Faktorenkombinationen und gefährdeter Regionen
• Durchführung von Sensitivitätsstudien über die Auswirkungen möglicher Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt und den Waldzustand anhand verschiedener Szenarien

Methoden

1. Wasserhaushalt

Zur Schätzung des Parameters Trockenheit sollen in der Literatur bereits bestehende, einfache physikalische Modelle über den Wasserhaushalt neu kombiniert und weiterentwickelt werden. Folgende Elemente müssen hierbei berücksichtigt werden:

• Meteorologische Parameter: Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Wolkenbedeckungsgrad und Niederschlag
• Interzeption
• Strahlungsbilanz
• Feuchteaustausch zwischen Boden, Vegetation und Atmosphäre, insbesondere potentielle und reale Evapotranspiration
• Wasserspeicherung im Boden
• Vegetationscharakteristika in Abhängigkeit von der Jahreszeit

Als Messgrössen gehen die meteorologischen Parameter, die Bodendaten (nutzbare Feldkapazität) und die Vegetationscharakteristika (Baumartenzusammensetzung, Bestandeshöhe, Blattflächenindex) in das Wasserhaushaltsmodell ein. Sie bestimmen zusammen mit der Strahlungsbilanz die potentielle und die aktuelle Evapotranspiration, die nach der Penman-Monteith-Methode berechnet werden. Für die Strahlungsbilanz stehen hierfür neben gemessenen Werten einfache numerische Modelle zur Verfügung.

Die Interzeption wird mit Hilfe eines Speichermodells beschrieben, das in einfacher Weise die meteorologischen Parameter und die Vegetationscharakteristika berücksichtigt. Die Bestimmung der Wasserspeicherung im Boden erfolgt ebenfalls anhand eines einfachen Speichermodells. Die Grösse des Bodenwasserspeichers wird hierbei durch die nutzbare Feldkapazität bestimmt.

Die für die geplanten Untersuchungen benötigten Daten werden von folgenden Institutionen zur Verfügung gestellt:

• Schweizerisches Landesforstinventar
• Sanasilva-Inventur
• Langfristige Waldökosystem-Forschung
• Phytosanitärer Beobachtungs- und Meldedienst
• Abteilung Waldökosysteme und ökologische Risiken an der WSL
• Schweizerische Meteorologische Anstalt
• METEOTEST

Die Daten, die nur an unregelmässig verteilten Messstationen zur Verfügung stehen, werden mittels geeigneten geostatistischen Methoden auf das ganze in diesem Projekt betrachtete Raster interpoliert. Besondere Beachtung verlangt hierbei die Interpolation der meteorologischen Parameter und der Bodenprofile, da diese räumlich sehr stark variieren können. Für die geostatistische Interpolation der Bodenprofile soll zudem die Bodeneignungskarte der Schweiz berücksichtigt werden.

2. Zusammenhang von Wasserhaushalt, Ozon und Nadel-/Blattverlust

Um Zusammenhänge, zeitliche und räumliche Korrelationen zwischen Wasserhaushalt, Ozonkonzentration und Nadel-/Blattverluste zu untersuchen, werden die üblichen statistischen und geostatistischen Methoden verwendet. Hierbei muss vor allem die zeitliche Verschiebung zwischen Belastung durch Trockenheit oder Ozon und dem Auftreten der dadurch verursachten Symptome und der Abhängigkeit der Schadenswirkung von der Jahreszeit und dem damit verbundenen phänologischen Entwicklungszustand beachtet werden.

3. Klimaänderungen

Mögliche Auswirkungen zukünftiger Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt von Waldbeständen sind aufgrund der unsicheren Vorhersagen des zukünftigen Klimas, insbesondere der zukünftigen Verteilung der Niederschläge, sehr schwer abzuschätzen. In diesem Projekt sollen deswegen die Effekte verschiedener Klimaszenarien für den Waldzustand betrachtet werden, um die Sensibilität von Waldbeständen gegenüber Klimaveränderungen zu untersuchen.

Laufende und geplante Arbeiten

Publikationen

• Häsler R., Böhm J. P., 1996: Wald im Klimastress. Wald und Holz 9: 32-35.
• Innes J. L., 1997: Switzerland. In: Mueller-Edzards C., De Vries W., Erisman J.W. (eds), 10 years forest condition monitoring in Europe. Fed. Res. Centre Forestry & Forest Prod., Hamburg, in press.
• Webster R., Rigling A., Walthert L., 1996: An analysis of crown condition of Picea, Fagus and Abies in relation to environment in Switzerland. Forestry 69: 347-355.

Beteiligte

• Martin Beniston
• Johannes Boehm
• Sucharita Ghosh
• Rudolf Häsler (Projektleiter)
  
• John Innes
• Bärbel Zierl

Kontakt

• Rudolf Häsler