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Einfluss der globalen Erwärmung auf das Baumwachstum

 

Die globale Erwärmung: eine Tatsache

Der menschliche Einfluss auf das Klimasystem der Erde, vor allem der Temperaturanstieg seit Beginn des letzten Jahrhunderts, sind inzwischen unbestritten (IPCC 2007). Auch wenn noch beträchtliche Unsicherheiten in Vorhersagen für die Zukunft bestehen, prognostizieren doch alle Klimamodelle einen weiteren Temperaturanstieg für das 21. Jahrhundert und darüber hinaus. Einflüsse des aktuellen Temperaturtrends sind sowohl für abiotische Systeme (z.B. Gletscherrückgang, Meereisschmelze) als auch biotische Systeme (Vegetationsbeginn, Anstieg der Waldgrenze) erkennbar. Allerdings sind auch ohne die Berücksichtigung komplexer Rückkoppelungseffekte mögliche Einflüsse des prognostizierten Temperaturanstieges auf biologische Systeme und Ökosystemprozesse schwierig vorauszusagen. Waldökosysteme enthalten etwa 90% der lebenden terrestrischen Biomasse und steuern den Hauptteil des Wasserdampfflusses zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Damit repräsentieren sie eines der wichtigsten Systeme der Biosphäre. Der Einfluss des Klimawandels auf das Baumwachstum ist daher von zentraler Bedeutung für Wechselwirkungen zwischen dem Klimasystem der Erde, Kohlenstoffkreisläufe und sozioökonomischen Interessen.

Das Lötschental: ein idealer Untersuchungsraum

Das Lötschental ist ein west-ost ausgerichtetes, inneralpines Tal im Kanton Wallis (Schweiz) und erstreckt sich über 27 km von der Lötschenlücke (3178 m) oberhalb des Langgletschers bis zum Talausgang oberhalb Gampel (630 m). Umgeben von über 3000 m hohen Gipfeln, befinden sich im Talgrund (1300 m) kleine, Jahrhunderte alte Siedlungen und der vom Gletscher gespiesene Fluss Lonza. Sowohl der süd- als auch der nordexponierte Talhang sind bis hinauf zur potentiellen Waldgrenze in 2200 m Höhe mit typischem subalpinem Nadelwald bedeckt, bestehend aus zwei Hauptkoniferenarten, der Nadel abwerfenden Lärche (Larix decidua) und der immergrünen Fichte (Picea abies). Die Stämme von lebenden Bäumen kombiniert mit Holz von historischen Gebäuden wurden bereits verwendet, um für das gesamte letzte Jahrtausend Sommertemperaturen und die Populationsdynamik des Lärchenwicklers zu rekonstruieren.

Das „Transekt“ Projekt

Der bezüglich Klimawandel für die nächsten 100 Jahre vorausgesagte Temperaturanstieg bei etwa 3°C liegen. Dies entspricht dem heutigen Temperaturunterschied zwischen der Baumgrenze und dem Talboden und macht das Lötschental zu einem idealen Untersuchungsraum für Effekte des Klimawandels auf das Wachstum der beiden ökologisch unterschiedlichen Fichte und Lärche.  Um den Einfluss des prognostizierten Temperaturanstiegs auf Waldökosysteme besser zu verstehen und möglicherweise sogar vorherzusagen, hat die Forschungseinheit Dendrowissenschaften der WSL mit Beobachtungen des Baumwachstums entlang der süd- und nordexponierten Talhänge des Lötschentales begonnen. 

Insgesamt wurden acht Standorte mit Fichten und Lärchen entlang eines Höhentransektes ausgewählt. Sieben dieser Standorte befinden sich im Lötschental, einer davon im Talgrund und je drei in 300 m Höhenabstand jeweils auf dem S- und N-Hang. Ein zusätzlicher Standort wurde in niedrigerer Höhenlage (800 m) in der Nähe von Gampel-Steg im Rhonetal ausgewählt, um noch wärmere Bedingungen zu erfassen.

Das Projekt ist modular und offen strukturiert. Es ist ein gewisser Rahmen gegeben (z.B. Standortwahl und grundlegende Messungen wie z.B. Bodentemperaturen), in den weitere spezifische Fragestellungen eingefügt werden können.

Das Projekt wurde 2007 begonnen und wird einige Jahre dauern. Die erste Feldkampagne war vor allem darauf ausgerichtet, Luft- und Bodentemperaturen sowie Wachstumsunterschiede entlang des Transektes zu erfassen (z.B. Dauer der Vegetationsperiode, saisonale Wachstumsvariationen, Phänologie und Modul Wachstum). Die bisher gesammelten Daten bestehen aus Luft- und Bodentemperaturmessungen, Stammzuwachsschwankungen, Zeitpunkte kambialer Aktivität und Zellentwicklung und phänologischen Beobachtungen. 

 

Aktivitäten 2008

A) Vorstellung des Projektes an die Bevölkerung des Lötschentals

In Zusammenarbeit mit der Gemeinde Ferden hat am 23. April 2008 eine Informationsveranstaltung über die Wald- und Umwelt Forschungsaktivitäten der WSL im Lötschental stattgefunden. Daran haben ca. 50 Personen teilgenommen.

B) Feldkampagne 2008

Baumwachstum

Wie 2007 wurde von Ende Februar bis Anfang November 2008 (36 Wochen) das Wachstum an insgesamt 56 Bäumen (32 Lärchen und 24 Fichten verteilt auf 8 Standorte) durch wöchentliche Micro-Beprobungen beobachtet. Die Beprobung des Standortes bei Turtmann wurde von Diego Grichting und Christian Bregy (Forstbetrieb Leuk und Umgebung) durchgeführt. Die Beprobungen der Standorte bei Ferden im Lötschental wurde durch das WSL-Personal erledigt. Seit Winter 2006/2007 wurden kontinuierlich an jedem Standort und einer gleichen Anzahl von Bäumen mittels automatischen Sensoren (Dendrometer) die Schwankungen der Stammdurchmesser in einer stündlichen Auflösung erhoben.

Phänologie

Der Zeitpunkt des Nadelaustriebes (bei Fichten und Lärchen) im Frühling und der Nadelverfärbung (Lärche) im Herbst wurde für alle Bäume der Standort im Lötschental aufgenommen.

Standortparameter

Verschiedene Standort Parameter wurden aufgenommen, um die Zusammenhänge zwischen Wachstumsunterschiede entlang des Höhen- (Temperatur-) Gradienten sowie die Standortbedingungen zu beschreiben und zu verlinken. An jedem Standort wurden, wie schon 2007, die Temperaturen am Stamm (15 Min. Auflösung) und in 10 cm Bodentiefe (60 Min.) erhoben. Seit April 2008 wurde für jeden Standort ein von Sonneneinstrahlung geschützter Sensor für Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit (auf 2 m Höhe mit 15 Min. Auflösung) sowie ab Juli 2008 Sensoren für die Messung der Bodenfeuchtigkeit (auf 10 cm und 70 cm Tiefe mit 60 Min. Auflösung) eingerichtet.

Isotopen

Am obersten Standort des Südhanges sowie im Talgrund wurden Daten für eine Isotopenstudie erhoben. Eine Beprobung von Phloem, Xylem und Nadeln (an je 4 Lärchen) sowie von Boden- und Niederschlagswasser (durch die bodenkundliche Abteilung der WSL) fand wöchentlich statt. Zusätzlich wurden am Ende der Vegetationsperiode Bohrkerne von allen beprobten Bäumen genommen. Ziel dieser Untersuchung ist eine Entschlüsselung des Sauerstoffisotopen-Kreislaufs der Lärche, welcher bedeutend für die Klimainformation der Sauerstoffisotope in den Jahrringen ist.

C) Feldwoche 2008

Vom 14. bis 20. September 2008 hat in Ferden die 22 Internationale dendrochronologische Feldwoche stattgefunden. Rund 40 junge Forscher aus der ganzen Welt haben die Methoden der Jahrringforschung an konkreten Fallstudien aus dem Lötschental (wie z.B. die Datierung von alten Holzbauten, die Datierung von Lawinenereignissen, die Rekonstruktion der Dynamik der Populationsentwicklung des Lärchenwicklers, Rekonstruktion der Dynamik der oberen Waldgrenze und das Monitoring der Baumwachstum) geübt und gelernt.

D) Zwischenresultate

In ihrer an der Universität in Bern vorgelegten Diplomarbeit über „Intra-annual tree growth along an altitudinal gradient in the Loetschental, Switzerland“ stellte Lea Moser die Resultate der Feldkampagne 2007 vor.

Vorgesehene Aktivitäten für 2009

Der Schweizerische Nationalfonds (SNF) wird das Projekt “INTEGRAL: Intra-seasonal Tree-growth along Elevational Gradients in the European Alps”, welches vor allem im Lötschental durchgeführt wird, mit einer Doktoranden Stelle für drei Jahre (2009-2011) finanziell unterstützten. Diese Unterstützung garantiert die Kontinuität des Projektes während den nächsten Jahren.

Während dem Winter 2008/2009 werden die Daten der ersten zwei Jahren fertig präpariert sein (Labor Analyse der Mikro-Beprobungen und der Isotopen Zusammensetzung) und erste Publikationen vorbereitet. Die Feldkampagne 2009 soll die Kampagne 2008 widerspiegeln. Weitere Beobachtungen des Baumwachstums werden an den gleichen Bäumen wie 2008 durchgeführt. Die übrigen Aufnahmen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) laufen weiter.

 

Publikationen

  1. Treydte K, Boda S, Graf-Pannatier E, Fonti P, Frank DC, Ullrich B, Saurer, M, Siegwolf R, Battipaglia G, Werner W, Gessler A (2014) Seasonal transfer of oxygen isotopes from precipitation and soil to the tree ring: Source water versus leaf water enrichment. New Phytologist 202, 772-783.
  2. Rossi, S., Anfodillo, T., Čufar, K., Cuny, H., Deslauriers, A., Fonti, P., Frank, D.,  Gričar, J., Gruber, A., King, G., Krause, C., Morin, H., Oberhuber, W., Prislan, P., Rathgeber, C. (2013). A meta-analysis of cambium phenology and growth: Linear and nonlinear patterns in confers of the norther hemisphere. Annals of Botany, 112, 1911-1920 (pdf)
  3. Gessler A, Brandes E, Keitel C, Boda S, Kayler ZE, Granier A, Barbour M, Farquhar G, Treydte K (2013) The oxygen isotope enrichment of leaf-exported assimilates - does it always reflect lamina leaf water enrichment? New Phytologist 200, 144–157.
  4. King, G., Guggerli, F., Fonti, P., Frank, D. (2013). Tree growth response along an elevational gradient: climate or genetics? Oecologia 173, 1587–1600 (pdf)
  5. Fonti P, Bryukhanova M, Myglan V, Naumova O, Kirdyanov A, Vaganov E. 2013. Temperature-Induced Responses Of Xylem Structure Of Larix sibirica Ldb. (Pinaceae) From Russian Altay. American Journal of Botany DOI 10.3732/ajb.1200484 (pdf)
  6. Bryukhanova M, Fonti P. 2013. Xylem plasticity allows rapid hydraulic adjustment to annual climatic variability. Trees DOI 10.1007/s00468-012-0802-8 (pdf)
  7. King G, Fonti P, Nievergelt D, Büntgen U, Frank D. 2013. Climatic drivers of hourly to yearly tree radius variations along a 6°C natural warming gradient. Agricultural and Forest Meteorology 168, 36– 46 (pdf)
  8. Fonti P, Jansen S. 2012 Xylem plasticity in response to climate. New Phytologist195, 734–736 (pdf)
  9. Moser L, Fonti P, Büntgen U, Franzen J, Esper J, Luterbacher J, Frank D. 2010. Timing and duration of European larch growing season along altitudinal gradients in the Swiss Alps. Tree Physiology, 30, 225-233. (pdf)