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Interaction between Douglas fir and European beech – investigations in pure and mixed stands

Quelle: Forstarchiv 86; 4, 83-91 (2015)
Autor(en): THOMAS F M, BÖGELEIN R, WERNER W

Abstract: The climatic change in Central Europe raises the question whether non-indigenous tree species can contribute to establish stable, resistant and resilient forest stands. One of those tree species may be the Douglas fir (Pseudotsuga menziesii), native to western North America. It already covers approximately 2% of Germany’s forested area and 17% of the forested area of Rhineland-Palatinate, and is a possible competitor to the indigenous European beech (Fagus sylvatica). To elucidate the interaction between these species, we conducted a five-year study in pure and mixed stands of beech and Douglas fir at a site in the low mountain range of south-western Germany with the typical climatic and edaphic conditions of the predominant beech forests of Central Europe. Using a mobile elevator platform, we investigated leaf morphology, nitrogen concentrations and gas exchange along vertical canopy gradients. Transpiration of trees and stands was determined on the basis of the stem xylem sap flow. Analyses of stable oxygen isotope ratios in the xylem water of twigs allowed conclusions on the source of the transpired water. In addition to relevant variables of the above-ground stand structure, we quantified the horizontal (between stems of beech and Douglas fir) and vertical fine-root distribution. We conclude that the Douglas fir, which has overgrown the 15-years older beech, is competitively superior even at sites where the beech would outcompete all the other indigenous forest tree species under natural conditions, and put forward the hypothesis that this superiority is due to five factors: (1) rapid height growth, (2) efficient shading of competing plants, (3) high water use efficiency of photosynthesis (especially at low air humidity) and of biomass production, (4) formation of relatively larger biomasses of fine roots in the uppermost layers of the mineral soil, and (5) the capability of sending roots into rock crevices deep in the soil, where additional water resources can be exploited. The mixed stand was not more productive than the pure Douglas-fir stand on a 4-year average, but at a small scale, preliminary results indicate that mixtures of Douglas fir (up to 33%) with the beech exhibit the largest growth increment. Therefore, we assess the Douglas fir suitable for establishing mixed forest stands with a high rate of wood production and, presumably, a higher resistance and resilience towards climatic extremes, provided that ecological and conservational issues are observed.


Wechselwirkungen zwischen Douglasie und Rotbuche – Untersuchungen an Rein- und Mischbeständen

Kurzfassung: Der Klimawandel in Mitteleuropa wirft Fragen nach der Eignung nicht-einheimischer Baumarten zur Begründung widerstandsfähiger und resilienter Waldbestände auf. Eine dieser Baumarten könnte die im westlichen Nordamerika heimische Douglasie (Pseudotsuga menziesii) sein, die bereits ungefähr 2 % der bewaldeten Fläche Deutschlands und 17 % der rheinland- pfälzischen Waldfläche bedeckt. Vom Tiefland bis zum submontanen Bereich ist sie allerdings ein möglicher Konkurrent der einheimischen Rotbuche (Fagus sylvatica). Zur Aufklärung der Wechselwirkungen zwischen diesen Baumarten führten wir eine fünfjährige Untersuchung in je einem Buchen- und einem Douglasien-Reinbestand sowie in einem Mischbestand aus beiden Arten an einem Standort im Mittelgebirgsbereich Südwestdeutschlands durch, dessen klimatische und edaphische Bedingungen typisch für die in Mitteleuropa vorherrschenden Buchenwälder sind. Mithilfe eines mobilen Hubwagens untersuchten wir die Morphologie, die Stickstoffkonzentrationen und den Gaswechsel von Blättern entlang vertikaler Kronengradienten. Die Transpiration von Bäumen und Beständen wurde auf der Grundlage des Xylemsaftflusses von Stämmen ermittelt. Analysen der Verhältnisse stabiler Sauerstoff-Isotope im Xylemwasser von Zweigen erlaubten Rückschlüsse auf die Herkunft des transpirierten Wassers. Zusätzlich zu wesentlichen Variablen der oberirdischen Bestandesstruktur quantifizierten wir die horizontale (zwischen Stämmen der Buche und der Douglasie) und vertikale Verteilung der Feinwurzeln. Aus den Ergebnissen wird geschlossen, dass die Douglasie, die die 15 Jahre ältere Buche bereits überwachsen hat, der Buche in der Konkurrenz sogar an denjenigen Standorten überlegen ist, an denen die Buche unter natürlichen Bedingungen alle anderen einheimischen Waldbaumarten im Verlauf der Konkurrenz verdrängen würde. Aufgrund der Ergebnisse wird die Hypothese aufgestellt, dass dafür fünf Eigenschaften der Douglasie verantwortlich sind: (1) rasches Höhenwachstum, (2) effektive Beschattung konkurrierender Pflanzen, (3) hohe Wassernutzungseffizienz der Photosynthese (insbesondere bei Lufttrockenheit) und der Biomasseproduktion, (4) Ausbildung vergleichsweise höherer Biomassen von Feinwurzeln im oberen Mineralboden und (5) die Fähigkeit, Wurzeln tief in den Boden bis in Gesteinsspalten hinein auszubilden, wo zusätzliche Wasserressourcen genutzt werden können. Der Mischbestand war nicht produktiver als der Douglasien-Reinbestand, doch deuten erste Ergebnisse auf einen maximalen Zuwachs in kleinräumigen Mischungen mit einem Anteil von bis zu 33 % Douglasie hin. Unter der Voraussetzung der Beachtung von Naturschutzbelangen kann die Douglasie daher als geeignet für die Begründung von Mischbeständen gelten, die eine hohe Holzproduktion und wahrscheinlich auch eine hohe Widerstandsfähigkeit und Resilienz gegenüber Witterungsextremen aufweisen.

© DLV München

 

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