KROOF – Kranzberg Forest Roof Project - Interaktionen zwischen Buche und Fichte in Abhängigkeit von Trockenheit
Extreme Trockenheit und knapper werdende Wasserreserven stellen nicht nur Menschen vor neue Herausforderungen, sondern auch Wälder. Als Folge des anhaltenden Klimawandels sind die Wälder weltweit mit wiederholten und anhaltenden Dürren konfrontiert, die zu einem massiven Baumsterben führen (Hartmann et al. 2018, Schuldt et al. 2020). Die gegenwärtig immer häufiger auftretenden extrem warmen und trockenen Witterungsepisoden werden in Zukunft Normalität sein.
Unter diesen Umständen hängt das Überleben eines Baumes in erster Linie davon ab, inwieweit die Baumfunktionen gegenüber Dürre d. h. seine Resistenz, Resilienz und Erholungsfunktion beeinträchtigt werden (Lloret et al., 2011). Um die Widerstandskraft und Bestandsstabilität der Bäume unter diesen ungünstigen Bedingungen zu erhöhen, werden in Mitteleuropa seit vielen Jahren Baumartenmischungen gefördert (Pretzsch et al. 2010). Allerdings sind die Auswirkungen von langfristiger Dürre, artspezifische physiologische Unterschiede, Anpassungs- bzw. Erholungseffekte, sowie die Rolle der Artenmischung in adulten Waldbeständen noch wenig verstanden.
In Mitteleuropa sind Fichte (Picea abies [L.] KARST.) und Rotbuche (Fagus sylvatica L.) mit einem Anteil von 30 % der Waldflächen die dominierenden Wirtschaftsbaumarten (Pretzsch et al. 2014). Um die Reaktion dieser beiden Baumarten auf eine langfristige und wiederholte Trockenheit in Monokulturen und Mischpflanzungen aufzuklären, wurde 2013 das „Kranzberg Forest Roof Project“ (Kroof) initiiert, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten und dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz.
Das Kroof-Projekt beinhaltet zwei Versuchsansätze:
den „Kroof-gradient“, das ist ein Versuchsflächen-Transekt auf bayerischen Waldstandorten mit unterschiedlichen Niederschlagssummen &
das „Kroof-experiment“, das ist ein intensiv beforschter Waldstandort im Kranzberger Forst mit experimentell induzierter Trockenheit.
Kroof gradient: Anhand eines Versuchsflächen-Transekts durch Bayern werden entlang eines ökologischen Gradienten von feuchten zu trockenen Standorten die Auswirkungen von Trockenstress auf das jährliche Wachstum von Buchen und Fichte in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen untersucht.
https://www.waldwachstum.wzw.tum.de/forschung/projekte/kranzbergroof/
https://www.waldwachstum.wzw.tum.de/forschung/projekte/kroof-ii-gradient-w047/
Kroof experiment: Als Intensiv-Forschungsfläche für das Überdachungsexperiment zum Regenausschluss zur Erzeugung einer langjährigen und wiederholten Trockenheit wurde eine ca. 0,5 Hektar große, mit adulten Buchen und Fichten bestockte Waldfläche im Kranzberger Forst (südlich von München) ausgewählt (Kroof experiment - througfall exclusion).
Der Kranzberger Forst (Längengrad: 11° 39′ 42″ E, Breitengrad: 48° 25′ 12″ N, Höhe 490 m ü.d.M.) liegt in Süddeutschland, ca. 35 km nordöstlich von München. Die Versuchsfläche ist ca. 0,5 ha groß und liegt 490 m über dem Meeresspiegel. Die jährliche durchschnittliche Niederschlagsmenge beträgt 750–800 mm pro Jahr, davon 460–500 mm während der Vegetationsperiode (Mai–September). Die jährliche durchschnittliche Lufttemperatur beträgt 7,8 °C, im saisonalen Mittel 13,8 °C. Am Standort wachsen Rein- und Mischbestände von Fichten und Buchen auf Luvisol aus Löss über tertiären Sedimenten, die für eine hohe Nährstoff- und Wasserversorgung sorgen (Göttlein et al. 2012; Pretzsch et al. 1998). Ab ca. 1 m Bodentiefe verhindert eine relativ dichte Schicht aus sandigem-schluffigem Lehm ein tieferes Wurzelwachstum und damit die Wasseraufnahme (Häberle et al. 2012) fast vollständig.
Die Waldversuchsfäche ist Teil des langfristig angelegten bayerischen ertragskundlichen Versuchsflächennetzes (Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten), dementsprechend werden Bestandesstruktur- und Ertragsdaten baumindividuell und räumlich explizit erfasst (seit 1992 Dauerbeobachtungsfläche). Seit 1998 wurden auf der die Waldversuchsfläche mehrere Großprojekte durchgeführt.
Außerdem befindet sich auf dem Versuchsgelände seit 2001 ein Kran (45 m Höhe, Kranausleger 50 m), welcher unmittelbaren Zugang zu den Baumkronen für Probenahmen und physiologische Messungen ermöglicht. Die Versuchsfläche Kranzberger Forst ist in eine weltweites Canopy-Crane-Forschungsnetz integriert (International Canopy Crane Network, ICCA, Basset & Wright, 2003).
KROOF 1
Nach einer 5-jährigen Austrocknungsphase von 2014 bis 2018 wurden die Untersuchungsflächen ab Mitte 2019 wiederbewässert, um mögliche Erholungseffekte oder irreversible Schädigungen in den Folgejahren 2019-2023 zu aufzudecken und deren Mechanismen zu klären (Kroof experiment – recovery).
KROOF 2
Eine nächste Projektphase ist ab voraussichtlich 2024 geplant. In der Phase Kroof 3 im Kroof Experiment im Kranzberger Forst steht die Bedeutung von Langzeiteffekten der vorherigen Austrocknungen, sogenannte „Legacy-Effekte“, im Fokus des Interesses (Kroof experiment - legacy/extremes).
Die natürliche Trockenheit im Sommer 2022 hat dazu bereits erste Ergebnisse angedeutet. Die langsame Regeneration der Laubfläche der zuvor trockengestressten Fichten (Kroof1: 2014-2018) war während der Sommertrockenheit 2022 von Vorteil für die Bäume. Die ehemals trockengestressten Fichten hatten auch nach drei Jahren der Regeneration noch eine reduzierte Laubfläche im Vergleich zu den ungestressten Kontrollbäumen. Der dadurch reduzierte Wasserverbrauch führte zu deutlich geringeren Trockenstress-Symptomen. Hier deuten sich also bereits interessante Langzeiteffekte in der Folge von Trockenperioden an. Weitere detaillierte Untersuchungen, auch zu der bisher stark vernachlässigten Bodenmikrobiologie versprechen sehr interessante neue Einblicke in die Trockenresistenz von Buche, Fichte und Kiefer.
Hierzu ist eine erneute Trockenstressphase mit einer vollständigen Austrocknung der bereits trockengestressten Versuchsparzellen sowie weiteren neuen Trockenstressparzellen geplant.
Das Kranzberg Forest Roof Projekt (Kroof) -
Buche, Fichte und Kiefer am Rande der Existenz
Kroof Forschungsfragen
- Wie gehen die Bäume, speziell unsere Wirtschaftsbaumarten Buchen und Fichte, mit langanhaltenden Trockenereignissen um?
- Welche artspezifischen Reaktionsmuster zeichnen sich ab?
- Welchen Einfluss hat die Durchmischung und die Bewirtschaftungsform?
- Welche Anpassungsstrategien an wasserlimitierende Bedingungen entwickeln die beiden Baumarten?
- Wie reagieren die beiden Baumarten auf eine Wiederbewässerung?
- Gibt es Unterschiede bei der Regeneration?
- Welche Rolle hat die Artenzusammensetzung von Ektomykorrhizen auf Wurzel- und Baumwachstum?
Diese Fragen untersuchen Forstwissenschaftler und Biologen der TUM und vom Helmholtz-Zentrum München sowie weitere assoziierte nationale und internationale Forschungspartner gemeinsam im Kroof Projekt.
