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Folgen der Trockenheit: vertrocknete Blätter, stark reduzierte Zone mit Wasserfluss (blau), Absterben der Buche. Bilder/Grafiken: Lorenz Walthert/WSL

Zeitschriften | Verband & Politik – Lesezeit 2 min.

Die Buche trotzt der Trockenheit – bis zum Kipppunkt

Konnte sich die Buche bislang durch die Reduzierung ihres Wachstums an moderate Trockenheit anpassen, stört die zunehmende Bodenaustrocknung das Gleichgewicht zwischen Wasserverfügbarkeit und Produktivität. Das bringt die Baumart an ihre physiologischen Grenzen.

Lorenz Walthert* | Die Buche ist die häufigste Laubbaumart der Schweiz. Auf der Alpennordseite kommt sie von den tiefsten Lagen bis rund 1500 m ü. M. vor, und auf der Alpensüdseite steigt sie bis auf rund 1700 m ü. M. Als Schattenbaumart ist sie ausserordentlich konkurrenzstark, und ihre ökologische Bandbreite ist entsprechend gross. Im Ökogramm kommt die Buche über die gesamte pH-Achse vor, von stark sauer bis alkalisch (Grafik 1). Das bedeutet, dass die Buche geringe Ansprüche an die Nährstoffversorgung stellt. Ihre Verbreitung wird aber durch kühle Temperaturen, Trockenheit und in Nassböden durch Sauerstoffmangel eingeschränkt. Die Trockenheitstoleranz der Buche war bisher nur ungefähr bekannt. So weisen beispielsweise Zeigerpflanzen darauf hin, dass sie an trockenen Waldstandorten wenig produktiv ist oder fehlt. Wie stark der Boden an solchen Standorten austrocknet, wusste man bisher nicht. Aufgrund des Klimawandels werden Häufigkeit und Intensität von Trockenperioden zunehmen. Daher sollte möglichst genau bekannt sein, wie gross die Trockenheitsverträglichkeit der Buche ist. Das erlaubt, Risikogebiete für die Art unter einem künftig trockeneren Klima vorherzusagen und dort rechtzeitig geeignete waldbauliche Massnahmen zur Walderhaltung und Gewährleistung wichtiger Waldfunktionen einzuleiten.

Erfassung der Reaktionen auf Trockenheit

2014 rüstete die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in Zusammenarbeit mit dem TreeNet-Messnetz 44 Waldbestände in der Schweiz mit Sensoren aus, um die Reaktion häufiger Baumarten auf Trockenheit zu untersuchen. In diesem Beitrag werden die Messreihen von 11 Buchen- und 3 Flaumeichenbeständen dieses Messnetzes vorgestellt (Grafik 1). In den 14 Beständen wurden von 2014–2022 stündlich folgende Parameter gemessen: Lufttemperatur und -feuchtigkeit und das daraus berechnete Dampfdruckdefizit der Luft; Bodenwasserpotenzial in mehreren Bodentiefen als Mass für die Bodenwasserverfügbarkeit respektive Bodentrockenheit (mit MPS-2-Sensoren); Stammradiusveränderungen der Bäume auf Brusthöhe (mit Punkt-Dendrometern), woraus das Stammschrumpfen (Baumwasserdefizit) als Mass für den Trockenstress der Bäume berechnet wurde.

Die Böden dieser 14 Bestände haben einen ähnlichen Chemismus und Lufthaushalt, jedoch stark unterschiedliche Wasserspeichervermögen. Die Buchen-Altholzbestände wurden für die Auswertung in drei Standorttypen eingeteilt (Grafik 1). Der erste Typ (blau) umfasst zwei sehr produktive Standorte der Bonität 28–29 m (Bestandesoberhöhe im Alter 50 nach Badoux, 1983), und zwar einen Waldmeister-Buchenwald (Einheit 7a nach Nachhaltigkeit und Erfolgskontrolle im Schutzwald [NaiS]) und einen Zahnwurz-Buchenwald (Einheit 12a). Die grössten Buchen sind dort 40–45 m hoch. Der zweite Standortstyp (gelb) umfasst drei mässig produktive Bestände der Bonität 16–20 m im Bereich des Lungenkraut-Buchenwaldes (Einheiten 9a und 10a) mit maximalen Baumhöhen von 26–30 m. Im dritten Typ (rot) befinden sich sechs wenig produktive Laubmischwälder der Bonität 10–16 m im Übergangsbereich vom Buchen- zum Eichenmischwald (Einheiten 14/38). Die Buchen sind dort je nach Bestand maximal 18–25 m hoch. Die Messdaten von drei unproduktiven, nur rund 10 m hohen Flaumeichen-Altbeständen (grau) sollen die extreme Trockenheit ausserhalb der Buchennische illustrieren.

Bodentrockenheit führt zu kürzeren Bäumen

Die Messwerte zeigen, dass die Böden der drei Buchenstandortstypen sehr unterschiedlich stark austrocknen (Grafik 2b). Je unproduktiver ein Buchenstandort ist, desto stärker trocknet der Boden in der Vegetationsperiode aus. Auf den produktivsten Standorten war selbst in den aussergewöhnlichen Hitze- und Trockenperioden der Jahre 2018 und 2022 stets genügend Wasser für die Bäume verfügbar, insbesondere im feuchten Unterboden. Am Messstandort im Sihlwald (ZH) fiel damals das Wasserpotenzial in 2 m Bodentiefe nie unter –150 kPa, der Boden war dort also stets feucht.

Die Messungen der Dendrometer zeigen, dass sich die Wasserverfügbarkeit im Boden auf das Schrumpfen der Stämme auswirkt (Grafik 2a). Weniger wüchsige Buchen (gelb und rot) schrumpften in der Vegetationszeit viel stärker als wüchsige (blau). In Phasen mit starkem Stammschrumpfen leiden die Buchen unter Trockenstress. Wachstum ist dann unmöglich, weil das Kambium ungenügend mit Wasser versorgt wird, sodass sich die neu gebildeten Zellen nicht strecken können. Bei lang andauerndem Trockenstress sind ausserdem die Spaltöffnungen der Buchenblätter teilweise oder ganz geschlossen. Dadurch kann der Baum zwar Wasser sparen und wichtige Lebensprozesse im Pflanzengewebe aufrechterhalten, er nimmt aber weniger Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, was das Wachstum längerfristig ebenfalls vermindern kann. Schliesslich führt nicht nur trockener Boden, sondern auch trockene Luft zu einem Schlies­sen der Spaltöffnungen, was das Wachstum der Bäume ebenfalls hemmt.

Keine Buchen auf extrem trockenen Böden

Die Messungen zeigen, dass die Böden unter Flaumeichen in jedem Sommer viel stärker austrocknen als jene unter Buchen (Grafik 3). An Standorten, wo das Wasserpotenzial im Wurzelraum über längere Zeit unter den kritischen Wert von –800 kPa fällt, kommen keine Buchen vor. Aus folgenden Gründen trocknet der Boden unter Flaumeichen schneller und stärker aus als jener unter Buchen: wärmeres Klima, geringere Bodenwasserspeicherkapazität und grössere Saugkraft der Flaumeiche, um dem Boden Wasser zu entziehen.

Mortalität bei extremer Bodentrockenheit

Im Sommer 2018 trocknete der Boden an den schlechtwüchsigen Buchenstandorten so stark aus, dass der kritische Grenzwert von –800 kPa während mehrerer Wochen unterschritten wurde (Grafik 3). Bei derart starker Trockenheit versiegt die Wassernachlieferung aus dem Boden. Die Buchen werfen frühzeitig Laub und verbrauchen ihre internen Wasserreserven. Dadurch schrumpft und vertrocknet das Gewebe. Schliesslich können exponierte Äste oder ganze Bäume absterben. In den Leitgefässen entstehen bei der Austrocknung des Baumes grosse Unterdrücke, und als Folge davon bilden sich Luftblasen (Bild rechts). Diese Embolien können den bereits stark reduzierten Wasserfluss aus dem trockenen Boden in die Krone zusätzlich vermindern. Als Folge der extremen Trockenheit des Sommers 2018 sind an den schlechtwüchsigen Untersuchungsstandorten bis zu 50 % der Buchen in allen Altersklassen abgestorben. Auf den produktiven Standorten war der Boden hingegen stets feuchter als der Schwellenwert. Dort wurden keine Trockenschäden an den Buchen beobachtet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Buche an gut mit Wasser versorgten und luftfeuchten Standorten im Optimum ist (Grafik 4). Sie erreicht dort Baumhöhen von rund 45 m und starken Holzzuwachs. Sie kann bei nicht extremer Trockenheit plastisch auf Wassermangel reagieren, indem sie an moderat trockenen Standorten den Höhen- und Durchmesserzuwachs reduziert. An Standorten, wo der Boden über mehrere Wochen stärker austrocknet als der kritische Schwellenwert von –800 kPa, sterben Buchen ab.

Bei fortschreitendem Klimawandel verschieben sich die Standorte in Grafik 4a in Richtung grösserer Bodentrockenheit (nach links). Bereits heute oft trockene Buchenmischwälder (rote Punkte) werden den kritischen Schwellenwert häufiger unterschreiten, sodass die Buche dort keine Zukunft hat. An vielen der heute produktiven Buchenstandorte (blaue und gelbe Punkte) sind die Buchen im künftigen Klima zu hoch, sie müssen kleiner werden. Weil die Buche das Absterben der oberen Kronenteile häufig nicht überlebt, können sich niedrigere Buchenwälder wohl hauptsächlich über nachfolgende Verjüngung etablieren.

Vorsorglich Zukunftsbäume aufziehen

Trockenstress und Schäden an Buchen sind bei weiter fortschreitendem Klimawandel in vielen heutigen Buchenwäldern zu erwarten, da das abnehmende Wasserangebot die vorhandene Pflanzenbiomasse nicht mehr ausreichend versorgen kann. An bereits heute trockenen, wenig produktiven Standorten hat die Buche langfristig kaum eine Zukunft. Hier sollten als Ersatz zukunftsfähige Baumarten gefördert werden. An aktuell optimal mit Wasser versorgten, produktiven Standorten wird die Buche künftig zwar geringere Wuchshöhen erreichen, voraussichtlich jedoch noch lange die dominante Baumart bleiben. Das Einbringen trockenheitsverträglicher Baumarten verspricht dort daher wenig Erfolg. Die grössten waldbaulichen Herausforderungen bestehen bei den heute mässig produktiven Standorten. Hier kann es sinnvoll sein, trotz der nach wie vor üppigen Buchenverjüngung vorsorglich
genügend Samenbäume zukunftsfähiger Baumarten aufzuziehen. Abschliessend bleibt zu betonen, dass die Buche auf zunehmend ungeeigneten Standorten keinesfalls vollständig entfernt werden sollte. Auch bei geringerer Dominanz und reduzierter Produktion kann sie weiterhin einen Beitrag zu verschiedenen Waldfunktionen leisten.

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