Die Forschungsplattform Pfynwald ¶
Zu Beginn dieses Jahrhunderts zeigten im Kanton Wallis zahlreiche Waldföhren auffällige Trockenheitssymptome. Das Rhonetal zwischen Brig und Sion ist eines der trockensten inneralpinen Täler der europäischen Alpen. Viele ältere Bäume waren bereits abgestorben. Auf der Suche nach den Ursachen des Föhrensterbens legte die WSL im Sommer 2003 im Bereich des Naturparks Pfyn-Finges ein kontrolliertes Langzeit-Bewässerungsexperiment an und vergleicht seitdem die Veränderungen von mehreren hundert Waldföhren auf bewässerten Waldparzellen mit solchen, die weiterhin nur die natürliche Niederschlagsmenge erhalten.
Seit 2024 wenden wir einen zusätzlichen, weltweit einzigartigen Ansatz an, um die von atmosphärischen und bodenbezogenen Dürren betroffenen Prozesse zu entflechten. Weitere Einzelheiten finden Sie unter VPDrought-Experiment.
Inhalt ¶
Wer die mittel- bis langfristigen Auswirkungen von Dürreperioden auf Wälder besser verstehen möchte, braucht Ergebnisse aus Versuchen in Trockengebieten mit längeren lokalen Messreihen.
Der Pfynwald (Kanton Wallis; 46° 18' N, 7° 36' E, 615 m ü. M.) bietet dafür die besten Voraussetzungen. Dort legte ein Forschungsteam der WSL für die Dauer von 30 Jahren ein Langzeitexperiment im grössten zusammenhängenden Waldföhrenwald der Schweiz an. Die mittlere Jahresdurchschnittstemperatur beträgt dort 10.6°C (Mittelwert 1995-2014), die jährliche Niederschlagssumme 575 mm (Durchschnitt 1995-2014). Die Waldföhren sind etwa 130 Jahre alt und 12 m hoch. Das 1,2 ha grosse Versuchsfeld mit ca. 800 Bäumen ist in acht Versuchsparzellen von je 1'000 m2 aufgeteilt (Abb. 4). Zwischen April und Oktober werden vier Versuchsparzellen mit Sprinkleranlagen bewässert und erhalten jährlich zusätzlich 600 mm Niederschlag. Die Bäume in den anderen vier Parzellen wachsen unter natürlichen, also relativ trockenen Bedingungen.
Bisherige Ergebnisse ¶
Fast unmittelbar nach dem Beginn der Untersuchungen im Jahr 2003 nahm auf den bewässerten Teilflächen die Produktion von Mykorrhiza-Fruchtkörpern deutlich zu. Mit einer Verzögerung von einem Jahr bildeten die Föhren seit 2004 breitere Jahrringe und längere Nadeln als zuvor. Die Länge der Höhen- und Asttriebe und die Bestandesdichte nahmen in der Folge ebenfalls zu. Die Bewässerung vergrösserte auch das Wurzelwachstum und führte ab Sommer 2006 vor allem bei den Feinwurzeln zu mehr Biomasse (Brunner et al. 2009). Die Wachstumsperiode verlängerte sich für die bewässerten Bäume um 2-5 Wochen (Eilmann et al. 2010).
Während des gesamten Versuchszeitraums von 2003 bis 2019 konnten wir mit dem Bewässerungsexperiment verfolgen, wie sich die Bäume und das gesamte Ökosystem von der natürlichen Trockenheit erholten. Die Überwachungsdaten über 16 Jahre zeigten, dass die Bewässerung die Wasserverfügbarkeit im Boden verbesserte und 120 Jahre alte Kiefern ihre Vitalität wiedererlangen konnten: Ihre Triebe und Nadeln wurden länger, die Blattfläche grösser, die Kronen dichter.
Wir stellten fest, dass die oberirdischen Eigenschaften der Bäume schneller und stärker reagierten als die unterirdischen. In den ersten Jahren der Bewässerung vergrösserte sich deshalb der Wasserbedarf. Die Bäume passten sich an, indem sie in den späteren Jahren der Bewässerung ihre Wurzelbiomasse vergrösserten, was die Überlebensrate der Kiefern in den bewässerten Parzellen verbesserte. Im Jahr 2006 jedoch erreichten die Veränderungen einen Höchststand und in den folgenden Jahren waren die Auswirkungen der Bewässerung auf verschiedene Merkmale der Bäume geringer. Das könnte daran liegen, dass der Wasserbedarf wegen der erhöhten Aktivität der Vegetation immer weiter anstieg, während die Wasserzufuhr konstant blieb.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die erhöhte Wasserverfügbarkeit langfristig die Eigenschaften der Bäume und des Ökosystems verändert hat. Ein neues Gleichgewicht zwischen Bodenwasserverfügbarkeit und Wasserbedarf hat sich eingestellt, was die Rahmenbedingungen des Ökosystems veränderte. Durch die Bewässerung zersetzen sich die Blätter auf Ökosystemebene nun schneller, die Biomasse der Pilzfruchtkörper wurde grösser und Laubbaumarten verjüngen sich häufiger. Trotz der Anfälligkeit auf Trockenheit förderte die Bewässerung die Verjüngung von Waldföhren nicht (Bose et al. 2022).
Ein neuer Ansatz, um die Auswirkungen von Luft- und Bodentrockenheit im Wald zu entflechten ¶
Der Verdunstungsgrad (Dampfdruckdefizit, auf Englisch «vapor pressure deficit» oder VPD) ist ein wichtiger Faktor, der die Transpiration von Pflanzen beeinflusst. Das VPD hat im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung in den letzten Jahrzehnten weltweit zugenommen und kann stark vereinfacht als «atmosphärische Trockenheit» bezeichnet werden.
Welchen Einfluss diese atmosphärische Trockenheit im Vergleich zur Bodentrockenheit auf ausgewachsene Waldföhren hat, wollen wir innerhalb des VPDrought-Experiments untersuchen.
Das VPDrought-Experiment ist das weltweit erste Experiment zur Manipulation von VPD und Bodenfeuchtigkeit in einem ausgewachsenen natürlichen Wald. Unter den Baumkronen von ausgewachsenen Waldföhren (Pinus sylvestris) führen wir mithilfe von Regendächern 50% des natürlichen Niederschlags ab und erhöhen damit die Bodentrockenheit. Innerhalb der Baumkronen erhöht ein Befeuchtungssystem die Luftfeuchtigkeit und reduziert damit das VPD. Diese Anlagen ergänzen das Langzeit-Bewässerungsexperiment, mit dem seit 2003 in einem Kiefernwald im Pfynwald im Wallis (siehe Karte) die Auswirkungen einer zunehmenden Bodentrockenheit untersucht werden.
Ausführliche Informationen und Zugang zu Daten: vdprought.wsl.ch
Für Feldaufnahmen kann die Karte heruntergeladen und in A3 oder A0 ausgedruckt werden.
In der Schweiz betrug der Temperaturanstieg am Ende des 20. und zu Beginn des 21. Jahrhunderts mehr als das Doppelte des globalen Durchschnitts. Klimamodelle lassen für das 21. Jahrhundert einen weiteren Anstieg erwarten. In Zusammenhang mit der wärmebedingten Zunahme der Verdunstung und häufigeren Hitzewellen ist davon auszugehen, dass sich die Wasserversorgung für Bäume zunehmend verschlechtert und in den Sommermonaten vermehrt mit Starkniederschlägen zu rechnen ist. Letztere werden den Oberflächenabfluss des Wassers verstärken und nicht versickern, so dass die Pflanzen häufiger unter Trockenstress leiden werden.
Somit werden die Vitalität und das Wachstum der Föhren abnehmen. Langfristig dürfte die Trockenheit dazu führen, dass immer mehr Bäume absterben und sich die Vegetationszonen verschieben. Das gilt in besonderem Masse für die Waldökosysteme in den inneralpinen Trockentälern wie dem Wallis (Rigling et al. 2013).
Links zum Thema: Langfristige Waldökosystemforschung LWF, Sanasilva Inventur
Geheimnisvolles Netzwerk: Wie Bäume im Wald miteinander verbunden sind ¶
Eine Reportage von [w] wie Wissen über das 'Wood Wide Web' im Pfynwald, mit Martina Peter und Mitarbeitenden aus ihrem Team
Das Erste, 26.09.2020