Hydraulik und Wasserhaushalt: Weshalb Bäume bei Trockenheit sterben

Es war eine besondere Situation, sowohl für die Natur als auch für die Forschung – der Hitzesommer 2018. Er machte dem einheimischen Wald stark zu schaffen und war gleichzeitig für die Forschenden der Universität Basel die Chance, die Reaktion der Bäume auf dieses Klimaphänomen genau zu untersuchen.

Bereits im Jahr zuvor hatte die Forschungsgruppe um Prof. Dr. Ansgar Kahmen in der Baselbieter Gemeinde Hölstein eine Forschungsfläche aufgebaut. Mit einem Waldkran wollten sie so in 30 Meter Höhe anhand der Baumkronen untersuchen, wie einheimische Bäume wie die Fichte auf Klimaveränderungen reagieren.

Forschung direkt in der Natur

Kurz darauf brach der Hitzesommer 2018 aus. «Für uns war dies eine einmalige Gelegenheit», sagt der Forstwissenschaftler Dr. Matthias Arend, Mitarbeiter in der Forschungsgruppe von Ansgar Kahmen und Hauptautor dieser Studie. «Erstmals konnten wir direkt in der Natur beobachten, was die Trockenheit für grosse und alte Bäume bedeutet.» Für ihre Studie untersuchten die Forschenden zehn zufällig ausgesuchte Fichten, die alle über 100 Jahre alt und rund 30 Meter hoch waren, um die saisonalen Schwankungen des Wasserhaushalts in den Kronen zu messen.

Gerade bei Fichten mit flachem Wurzelwerk sei dieses System sehr anfällig auf einen Kollaps, so Arend: «Die Bäume sterben, weil das hydraulische System, welches das Wasser aus dem Boden nach oben transportiert, kollabiert.»

Der Tod kommt sehr plötzlich

Die Erkenntnis, dass Bäume unter Trockenheit leiden, ist keine Neuigkeit – das räumt auch Arend ein. Viel wichtiger sei allerdings, die Prozesse zu verstehen, die zu diesem Baumsterben führen. Genau das haben die Forschenden mit der Studie erreicht, die in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht wurde. «Nur so können wir in Zukunft bessere Modellierungen vornehmen», erklärt Arend.

Dabei gab es auch eine überraschende Erkenntnis: «Ab einem gewissen Punkt kollabiert das hydraulische System sehr schnell», so Arend. Die Forscher gehen davon aus, dass dieser kritische Punkt erreicht ist, wenn ein Grossteil der Wurzeln im austrocknenden Boden den Kontakt zur Bodenfeuchtigkeit verlieren. «Prognosen sind sehr schwierig, weil es sich nicht um einen langsamen, linearen Prozess handelt, sondern Schlag auf Schlag passiert. Innert weniger Tage bricht der Wassertransport völlig zusammen.»

Die neuen Ergebnisse unterscheiden sich von bisherigen Grenzwerten, die im Labor ermittelt wurden. Demnach kollabiert das hydraulische System der Bäume unter Trockenheit viel früher als bisher angenommen. Dies, weil die Dehydrierung nicht linear fortschreitet und sich die Bäume vom Zusammenbruch des Wasserhaushalts nicht wieder erholen können, sondern absterben.

Neue Baumarten gesucht

Die Forscherinnen und Forscher kommen zum Schluss, dass insbesondere die Fichte empfindlicher auf Trockenheit reagiert, als man dies bisher vermutet hat. «Da wir in Zukunft vermehrt mit extremeren Trockenperioden rechnen, müssen wir auch über andere Baumarten nachdenken, die mit der Dürre besser klarkommen», so Arend.

Diese Erkenntnis konnten Arend und sein Team direkt beobachten: 2018 waren es vor allem Fichten, die während der Trockenheit abstarben. Die Fichte ist der wichtigste Nadelbaum in der Schweiz und auch in Mitteleuropa. Die Ergebnisse der Studie sind entsprechend für die gesamte nördliche Schweiz repräsentativ und können auch auf andere Nadelbäume angewendet werden.
 
Originalpublikation
Matthias Arend, Roman M. Link, Rachel Patthey, Günter Hoch, Bernhard Schuldt, and Ansgar Kahmen
Rapid hydraulic collapse as cause of drought-induced mortality in conifers
PNAS (2021), doi: 10.1073/pnas.2025251118

Weitere Auskünfte
Dr. Matthias Arend, Universität Basel, Departement Umweltwissenschaften, Tel. +41 61 207 35 13, E-Mail: matthias.arend@unibas.ch