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Global Treeline Range Expansion Experiment (G-TREE)

 

In einem Experiment am Stillberg bei Davos wird die Keimung und das Überleben von Fichten- und Lärchenkeimlingen an der Waldgrenze untersucht. Das Projekt ist Teil der Forschungsinitiative G-TREE, die an alpinen und polaren Waldgrenzen weltweit erforscht, wie verschiedene biotische und abiotische Einflussfaktoren die Keimung und das Überleben von Baumkeimlingen bestimmen. Dies soll Aussagen darüber ermöglichen, ob und wie sich die Waldgrenzen weltweit in Folge des Klimawandels verschieben werden.

 

Das Global Treeline Range Expansion Experiment (G-TREE) ist eine internationale Forschungsinitiative, an der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Europa, Nordamerika, Australien und Neuseeland beteiligt sind. An rund 15 verschiedenen Standorten wird anhand einer standardisierten Methode untersucht, welche Mechanismen die Verteilung von Bäumen an alpinen und polaren Waldgrenzen weltweit bestimmen. Grundsätzlich geht man davon aus, dass sich die Waldgrenzen infolge der Klimaerwärmung verschieben werden, weil die Wachstumsbedingungen für Bäume an der Waldgrenze generell günstiger werden. Damit allerdings tatsächlich eine Verschiebung stattfindet, müssen Samenquellen zur Verfügung stehen und geeignetes Substrat vorhanden sein, auf dem die Samen keimen und sich etablieren können. Im Projekt G-TREE quantifizieren wir die verschiedenen biotischen (z. B. Samenquellen, Konkurrenz) und abiotischen (z. B. Höhenlage, Boden, Witterung) Einflüsse auf die Keimung und das Überleben von Baumkeimlingen an der Waldgrenze und leiten daraus genauere Aussagen darüber ab, wie sich die Waldgrenzen in Zukunft verschieben werden.

 

Das Experiment

Einer der G-TREE Versuchsstandorte wurde 2013 am Stillberg in der Nähe von Davos mit Versuchsflächen auf drei verschiedenen Höhenlagen angelegt: die unterste Versuchsfläche liegt auf 1930 m ü. M. ca. 150 Meter unterhalb der aktuellen Waldgrenze, die mittlere Fläche auf der Höhe der aktuellen Waldgrenze (2100 m ü. M.), und die höchst gelegene Fläche auf 2410 m ü. M., das heisst ungefähr 300 Meter über der gegenwärtigen Waldgrenze.

 

In jeder der drei Versuchsflächen wurden 20 Versuchsparzellen ausgeschieden, auf die verschiedene Behandlungs­kombinationen angewendet wurden. So wurde zu Beginn des Experiments auf der Hälfte aller Parzellen die natürliche Vegetation entfernt. Damit soll untersucht werden, ob vorhandene bodenbedeckende Vegetation die Samenkeimung und das Wachstum der Keimlinge erleichtert oder erschwert. Anschliessend wurde auf der Hälfte aller Parzellen eine definierte Anzahl Samen der beiden subalpinen Baumarten Fichte (Picea abies) und Lärche (Larix decidua) gesät, während die übrigen Parzellen als Kontrollflächen unbesät blieben. Für beide Arten wurden jeweils Samen einerseits von einem tief gelegenen, anderseits von einem hoch gelegenen Ursprungsort (Provenienz) verwendet. Zudem wurde jede zweite Parzelle unmittelbar nach der Aussaat mittels Metallgittern vor Frass durch Tiere geschützt.

Seit Sommer 2013 werden die Keimlinge jeweils zweimal jährlich ausgezählt, einmal im Frühsommer und einmal im Herbst. Im Herbst wird zudem die Grösse der Keimlinge gemessen. Dank diesen Aufnahmen kann nicht nur verglichen werden, wie viele Samen am jeweiligen Standort keimten, sondern auch, wie viele der Keimlinge die Winter überlebten und es können Wachstumsunterschiede festgestellt werden.

 

Erste Ergebnisse

Die Aufnahmen der ersten zwei Jahren zeigen, dass Baumsamen auch deutlich oberhalb der aktuellen Waldgrenze keimen können. Überraschenderweise war der Anteil keimender Fichten- und Lärchensamen auf dem höchstgelegenen Versuchsstandort sogar am grössten, allerdings nur wenn die Samen zuvor auf den entsprechenden Versuchparzellen ausgebracht worden waren. Der ausbleibende Keimungserfolg auf Kontrollflächen zeigt, dass dort keimfähige, natürlich verbreitete Samen fehlten.

An der Waldgrenze behinderte zudem dichte Vegetation die Keimung. Sowohl Fichten als auch Lärchen keimten besser auf denjenigen Versuchsparzellen, wo die natürliche Vegetation entfernt worden war. Das zeigt, dass die Konkurrenz durch Zwergsträucher wie Alpenrosen und andere bodenbedeckende Vegetation die Keimung der Baumsamen stark erschwerte. Auf dem höchst gelegenen Standort hingegen hinderte die Vegetation die Keimung nicht, was darauf zurückzuführen ist, dass die relativ spärliche alpine Vegetation die Keimung nicht negativ beeinflusste. Weitere Faktoren, wie die Samenherkunft oder Frassschäden durch Tiere, hatten ebenfalls einen Einfluss auf den Keimungserfolg.

Trotz des anfänglichen Keimungserfolgs, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Baumkeimlinge oberhalb der Waldgrenze nur unter optimalen Bedingungen längerfristig überleben können. Schon nach zwei Jahren war nämlich der Anteil der überlebenden Fichten- und Lärchenkeimlinge oberhalb der Waldgrenze deutlich kleiner als direkt an der Waldgrenze, was darauf hindeutet, dass die harschen Winter den Keimlingen stark zusetzten.

 

Ausblick

Es ist nun geplant, die Ergebnisse dieses Vesuches mit den Ergebnissen der anderen Versuchsstandorte der G-TREE-Initiative zusammenzubringen. Die Synthese der Ergebnisse wird es ermöglichen, die treibenden abiotischen und biotischen Einflussfaktoren auf die Keimung und das Überleben von Baumkeimlingen an der Waldgrenze besser zu verstehen. Daraus lässt sich ableiten, wie sich die Waldgrenzen weltweit in Folge des Klimawandels verschieben.

Ausserdem soll die Erhebung von Überleben und Wachstum der Keimlinge auf den verschiedenen G-TREE Versuchsflächen am Stillberg in den kommenden Jahren fortgesetzt werden. Denn es gibt Anzeichen dafür, dass das längerfristige Überleben der Baumkeimlinge durch andere Einflussfaktoren bestimmt ist als die Keimung und das anfängliche Überleben. Die Waldgrenze wird sich letztlich nur verschieben, wenn Baumkeimlinge auch längerfristig ausserhalb ihrer aktuellen Verbreitung überleben.