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TreeNet. Daten und Analysen der ersten fünf Messjahre

Authors
Etzold, S.; Zweifel, R.; Haeni, M.; Burri, S.; Braun, S.; Walthert, L.; Dawes, M.; Buchmann, N.; Haeler, E.; Köchli, R.; Schaub, M.; Eugster, W.
Publishing year
2018
Series
WSL Berichte 72
Size
70 pages
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Quotation:

Etzold, S.; Zweifel, R.; Haeni, M.; Burri, S.; Braun, S.; Walthert, L.; Dawes, M.; Buchmann, N.; Haeler, E.; Köchli, R.; Schaub, M.; Eugster, W., 2018: TreeNet. Daten und Analysen der ersten fünf Messjahre. WSL Berichte, 72. 70 p.

 

Zusammenfassung

TreeNet ist ein Netzwerk zur Erfassung von Baumwachstums- und Baumwasserdefizit-Indikatoren und generiert laufend aktuelle Informationen über den Zusammenhang zwischen Umweltfaktoren (wie Klima, Trockenheit, Stickstoffeinträgen, etc.) und den physiologischen Prozessen von Einzelbäumen. Zentrale Methodik ist die Punktdendrometer-Messung zur automatischen Detektion von Stammradiusänderungen in Mikrometergenauigkeit in einer zeitlichen Auflösung von 10 Minuten. Die Daten werden laufend über Funk an eine zentrale Datenbank gesendet. TreeNet hat einerseits einzelne Standorte aus bestehenden Monitoring-Netzen ausgewählt, um möglichst repräsentative Gradienten der wichtigsten natürlichen und anthropogenen Einflüsse auf das Baumwachstum in der Schweiz abzudecken und andererseits bestehende Netzwerke um gemeinsame neue Standorte ergänzt, um die Zusammenarbeit zu aktuellen Forschungsfragen intensivieren zu können.

Weltweit wohl erstmals konnte das Wachstum und das Wasserdefizit von Bäumen über eine so grosse Fläche wie der Schweiz mit den Daten und Ansätzen von TreeNet über fünf Jahre in einer stündlichen Auflösung ausgewertet werden. Die Analysen fokussierten auf die neuen Möglichkeiten, die dieser zeitlich hochaufgelöste Datensatz bietet und ging Fragen nach, wie derjenigen wann innerhalb einer Wachstumssaison oder auch wann innerhalb eines Tages die verschiedenen Baumarten wachsen. Der Bericht zeigt, wie sich die untersuchten Baumarten Buche, Fichte, Eiche, Föhre und Tanne in ihren Reaktionen unterscheiden, welche Bedingungen Wachstum ermöglichen, welche es limitieren und welche es verunmöglichen. Eine Schlüsselfrage war, in welchem Masse aktuelle Wachstumsraten mit aktuellen Klimabedingungen erklärt werden können und ob sich diese Erklärbarkeit steigern lässt, wenn Wachstumsdaten nicht wie üblich jährlich, sondern stündlich oder täglich aufgelöst werden. Die Analysen gaben eine deutliche Antwort: Die Erklärbarkeit von radialem Stammwachstum mit aktuell herrschenden Umweltbedingungen erhöht sich nicht mit besser aufgelösten Daten. Der Erklärungsgrad blieb meist deutlich unter 50%. Hauptgrund dürften die sogenannten ‘Memoryeffekte’ aus der Vergangenheit sein, die eine grosse Rolle für das aktuelle Wachstum spielen. Diese beeinflussen und modulieren die Beziehung zwischen dem Wachstum und den momentanen Bedingungen.

Im Gegensatz zum Wachstum ist die Wasserhaushalts-Seite der Bäume mit hochaufgelösten Umweltdaten sehr gut erklärbar, da sich sowohl die Transpiration als auch die Wasserverfügbarkeit im Boden unmittelbar auf die Performance des Wasserhaushalts und damit auf das hier gemessene Baumwasserdefizit von Bäumen auswirken. Das Baumwasserdefizit kann mit 50 bis 75% deutlich besser aus aktuell herrschenden Umweltbedingungen erklärt werden als das Wachstum. Spannend ist auch die Erkenntnis, dass trotz aller artspezifischer physiologischer Unterschiede das Baumwasserdefizit für alle Baumarten an einem Standort sehr ähnlich verläuft. Dies im Gegensatz zum Wachstum, das am selben Standort je nach Baumart sehr unterschiedlich sein kann. Absolute Baumwasserdefizite sind aber stark unterschiedlich je nach Baumart. Zwischen den kleinsten Defiziten der Buche bis zu den grössten Defiziten der Föhre und Esche liegt ein Faktor 10. Der Grund dafür liegt in erster Linie bei der artspezifischen Elastizität und Dicke der Rinde.

Der Bericht bietet zudem viele weitere Aspekte zu Wachstum und Wasserhaushalt der fünf häufigsten Baumarten in Schweizer Wälder, z.B. behandelt ein Kapitel die Wachstumsreaktionen der Bäume auf den Hitzesommer 2015.

Résumé

Réseau biologique d’indicateurs de sécheresse et de la croissance des arbres

TreeNet est un réseau qui permet la mesure d’indicateurs de la croissance et du déficit hydrique des arbres. Il génère en continu des informations actuelles sur le lien entre les facteurs environnementaux (climat, sécheresse, dépôts atmosphériques d’azote, etc.) et les processus physiologiques à l’échelle de l’arbre. La méthode centrale utilisée est la mesure par dendromètre à aiguille en vue de la détection automatique de modifications, au micromètre près, du rayon du tronc, et ce avec une résolution temporelle de 10 minutes. Les données sont envoyées en continu par radio à une base de données centrale. TreeNet a, d’une part, sélectionné différentes stations issues des réseaux de monitoring existants, afin de couvrir les gradients les plus représentatifs possibles des principales influences naturelles et anthropiques sur la croissance des arbres en Suisse. Aux réseaux existants, il a ajouté d’autre part de nouvelles stations communes pour pouvoir intensifier la collaboration sur les questions de recherche actuelles.

Une première mondiale sans doute: grâce aux données et aux apports de TreeNet, il a été possible d’évaluer, sur cinq ans et avec une résolution horaire, la croissance et le déficit hydrique des arbres sur une surface de la taille de la Suisse. Les analyses se sont concentrées sur les nouvelles possibilités offertes par ce jeu de données à haute résolution temporelle. Elles visent à répondre aux questions suivantes: quand poussent ces arbres objets d’étude au cours d’une saison de croissance? Quand les différentes essences croissent-elles au cours d’une journée? Le rapport montre les différences de réaction entre les essences étudiées, hêtre, épicéa, chêne, pin et sapin. Il indique aussi les conditions qui favorisent la croissance, celles qui la limitent ou encore celles qui la rendent impossible. Une question clé a été ainsi formulée: dans quelle mesure les conditions climatiques actuelles permettent-elles d’expliquer les taux de croissance actuels? Obtient-on une meilleure relation entre climat et croissance lorsque la résolution des données de croissance n’est pas annuelle, comme à l’accoutumée, mais horaire ou journalière? Les analyses indiquent clairement que la meilleure résolution temporelle des données ne permet pas de mieux expliquer comment la croissance radiale du tronc réagit aux conditions environnementales actuelles. Le degré d’explication était souvent bien inférieur à 50 %. Ceci est probablement dû aux «effets mémoire» des conditions passées, qui jouent un rôle prépondérant dans la croissance actuelle. Ils influencent et modulent en effet la relation entre la croissance et les conditions présentes.

Contrairement à la thématique de la croissance, des données environnementales à haute résolution permettent très bien d’expliquer le volet du régime hydrique des arbres. La transpiration, de même que la disponibilité en eau du sol, ont en effet un impact direct sur le régime hydrique, et de ce fait sur le déficit hydrique des arbres mesuré ici. Les données environnementales actuelles permettent d’expliquer 50 à 75% de la variation du déficit hydrique des arbres, soit bien plus que dans le cas de la croissance. Autre résultat intéressant: malgré toutes les différences physiologiques spécifiques aux espèces, le déficit hydrique des arbres évolue de façon très similaire pour l’ensemble des essences dans une station, contrairement à la croissance qui, dans une même station, peut beaucoup varier en fonction de l’essence. Les déficits hydriques absolus des arbres divergent toutefois fortement selon les essences. Il existe ainsi un facteur 10 entre ceux du hêtre – les plus faibles – et ceux du pin et du frêne qui sont les plus élevés. L’élasticité spécifique à l’espèce et l’épaisseur de l’écorce en sont les principales responsables.

Le rapport met de surcroît en lumière de nombreux autres aspects sur la croissance et le régime hydrique des cinq essences les plus fréquentes dans les forêts suisses. Un chapitre porte par exemple sur les réactions de croissance des arbres face à l’été caniculaire de 2015.

 

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