Wenn Bäume an ihr Limit gehen

Es ist heiß in Deutschland – und schon das zweite Jahr in Folge fällt zu wenig Regen. Dieses extreme Wetter entspricht den wissenschaftlichen Prognosen für die Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland. Während Waldbesitzer und Förster in vielen Landesteilen noch diskutieren, wie sie den Wald für den Klimawandel umbauen, holt die Realität sie ein. In Brandenburg, Sachsen-Anhalt und Thüringen hat die Dürre des vergangenen Jahres auch durch den Winter hindurch nicht aufgehört.

Bäume werfen Ballast ab

Bäume und Wald-Ökosysteme weltweit kennen Trockenstress, denn dürre Zeiten gab es schon immer. So haben die Laub- und Nadelbäume im feuchten Mitteleuropa Strategien entwickelt, wie sie extreme Trockenzeiten überleben. Die Bäume verschließen die Spalten auf der Unterseite der Blätter, damit keine Feuchtigkeit entweichen kann. Bei langanhaltender Trockenheit werfen die Bäume die Blätter schon im Sommer ab, auch Zweige und Äste, um den gesamten Organismus zu entlasten. Indem die Bäume die Blattspalten (Stomata) schließen, reißt der ansonsten ununterbrochene Wasserfluss von den Wurzeln bis in die Blätter ab. Das hydraulische System des Wassertransports stockt und wie im menschlichen Organismus sprechen Wissenschaftler von Embolien.

Alle Baumarten arbeiten bis zur Erschöpfung

Die meisten Bäume gehen bis an ihr Limit, um trockene Zeiten zu überleben, haben internationale Wissenschaftler um Brendan Choat und Steven Jansen herausgefunden. Die beiden haben mit einem Team von Biologen die Daten aus verschiedenen Kontinenten über die dort wachsenden Baumarten ausgewertet. Bäume aus feuchten Gebieten entwickeln schneller Embolien als Baumarten aus trockenen Gebieten. Das verwundert nicht, denn Bäume aus Regenwäldern brauchen von Natur aus mehr Wasser als Bäume aus der Savanne. Doch alle Baumarten arbeiten bis zur Erschöpfung, völlig unabhängig vom Ökosystem – auf zusätzliche Trockenheit reagieren sie äußerst empfindlich. Die Baumarten haben ihren Organismus an die bisherigen Trockenzeiten in ihren Regionen angepasst. Fast dreiviertel der untersuchten Baumarten halten ihre Funktionsfähigkeit bis an den Rand der Todeszone aufrecht. (Siehe Quelle 1).

Die Waldökosysteme brauchen Zeit

Wie die Baumarten auf längere und extremere Trockenzeiten reagieren, wird weltweit untersucht. Nur wenn die Waldökosysteme Zeit und Raum haben, sich an das veränderte Klima anzupassen, werden die Wälder überleben. Waldbaumarten im Nordwesten der USA und im Westen Kanadas sind schlecht an Dürre angepasst, lautet das Fazit einer aktuellen Studie von Waldbiologen und Ökologen. (Quelle 2). Die Wissenschaftler um Miriam Isaac-Renton haben genetische Daten der Küstenkiefer (Pinus contorta Dougl. ex Loud.) von verschiedenen Standorten ausgewertet. Da die Regionen seit den 1970iger Jahren wissenschaftlich untersucht werden, konnten die Forscher auf Daten aus mehreren Jahrzehnten mit mehreren Trockenzeiten zurückgreifen. Die Küstenkiefer ist eine der häufigsten Forstbaumarten in den USA und Kanada. Bei einigen Förstern in Deutschland gilt die Küstenkiefer als vielversprechende Alternative zur heimischen Kiefer und der Fichte. Doch die Erkenntnisse der Wissenschaftler dürften die forstwirtschaftlichen Hoffnungen zunichtemachen. Die Zellproduktion der Küstenkiefer ist nicht geeignet mit den Trockenzeiten umzugehen.

Trockenstress bei Rotbuche und Fichte

Doch Bäume regenerieren, sonst hätten sie nicht überlebt. Die Ökologin Martina Tomasella hat sich gefragt, ob und wie Rotbuchen und Fichten den Wasserfluss zwischen Wurzeln und Blättern wiederherstellen und sich so wieder mit Nährstoffen versorgen können. Ausgewachsene Bäume akklimatisieren sich nach Trockenzeiten, wenn wieder ausreichend Wasser vorhanden ist, hat Tomasella festgestellt. Als junge Pflanzen waren nur Fichten im Laufe ihrer zweijährigen Forschungen in der Lage, die Embolien abzubauen. Die Fichten haben im Gegensatz zu den Rotbuchen außerdem die aufgestauten Kohlenhydrate abgebaut und für das Wachstum genutzt. Nach schnell aufeinanderfolgenden Trockenzeiten haben die jungen Fichten Kohlehydrate aus dem Splintholz gelöst, um zu überleben. Die jungen Bäume nähren sich also von bereits eingelagertem Zucker und nicht von neu hinzugekommenen Kohlehydraten aus der Photosynthese. Sie zehren sich auf. (Quelle 3)

Wenn es kein Zurück mehr gibt

Doch was bedeutet das, für den Gesamtorganismus Baum? Dieser Frage ist einer der führenden Waldökosystemforscher der Welt William R. L. Anderegg nachgegangen. In einem sensiblen Gebiet im Südwesten der USA hat er Landschaftsdaten und genetische Daten von Amerikanischen Zitterpappeln auf einer Fläche von 91,5 Hektar untersucht. Aufgrund lang anhaltender Trockenheit starben die Pappeln ab. Und es gibt eine Schwelle, hinter der es kein Zurück gibt, hat Anderegg herausgefunden. Wenn die Dürre zu lange anhält, nützt den Zitterpappeln auch kein Regen mehr.

QUELLEN

1. Global convergence in the vulnerability of forests to drought, Brendan Choat, Steven Jansen et.al.  Nature volume 491, pages 752–755 (29 November 2012). https://www.nature.com/articles/nature11688
2. Northern forest tree populations are physiologically maladapted to drought, Miriam Isaac-Renton, Heinrich Spiecker et.al.  Nature Communications 9, Article number: 5254 (2018) https://www.nature.com/articles/s41467-018-07701-0
3. Post-drought hydraulic recovery is accompanied by non-structural carbohydrate depletion in the stem wood of Norway spruce saplings, Martina Tomasella, Karl-Heinz Häberle, et.al. Scientific Reports volume 7, Article number: 14308 (2017). https://www.nature.com/articles/s41598-017-14645-w#Sec9
4. Tree mortality predicted from drought-induced vascular damage, William R. L. Anderegg, Alan Flint, et.al. Nature Geoscience volume 8, pages 367–371 (2015). https://www.nature.com/articles/ngeo2400?draft=collection