Ultraschall zeigt, wie Bäume im Klimawandel verdursten

„Wir wollen wissen, wie sich Buchen und Fichten entwickeln, wenn durch den Klimawandel Trockenheit häufiger und intensiver wird – und ob sich die Bäume erholen können, wenn sie wieder Wasser zur Verfügung haben“, erklärt Barbara Beikircher. Die Biologin arbeitet in der Forschungsgruppe für Ökophysiologie am Institut für Botanik der Universität Innsbruck und forscht im Kranzberger Forst seit einigen Jahren nördlich des Münchner Flughafens.

Das internationale Experiment KROOF (Kranzberg Forest Roof Experiment) wurde 2010 von den Institutionen Helmholtz-Zentrum München und Technische Universität München ins Leben gerufen. Beikircher untersucht im Teilprojekt „Trockenheitsanpassung und Erholung von Buche und Fichte“ mit ihren Projektpartnern Rainer Matyssek und Thorsten Grams von der TU München, was der Name verspricht in zwei Phasen.

Die Forschenden schirmten zuerst 70 bis 90 Jahre alte Buchen und Fichten mithilfe von Dächern vor Niederschlägen ab. Auch seitlich fließendes Wasser wurde durch wasserdichte Planen im Erdreich bis in einem Meter Tiefe abgeschirmt. Zwischen 2013 und 2019 wurde das Wasser so von den Bäumen auf den Versuchsflächen ferngehalten.

Der Hintergrund des ersten Experiments: Bäume transportieren Wasser durch längliche Zellen – den Tracheiden und Tracheen. Wie in einem Strohhalm ziehen sie darin das benötigte Wasser aus dem Boden durch den Stamm. Ein Vorgang, der nur bei ausreichendem Wasserangebot funktioniert. Die Forschenden haben sich mit dem Moment auseinandergesetzt, in dem eine Fichte oder Buche nicht mehr ausreichend Wasser für diesen Vorgang zur Verfügung hat. Wenn die Wassersäule im Baum abreißt, entsteht nämlich ein Geräusch. Dieses lasse sich mit Ultraschall-Sensoren erfassen, so die Forschenden.

Vereinzelt stelle das Abreißen der Wassersäulen im Baumes Inneren noch kein Problem dar, denn ein Baum hat viele dieser Zellen. Die Leitgefäße können sich auch wieder befüllen, während andere ihre Aufgabe übernehmen. Aber: „Ab einem Schwellenwert sind so viele Leitgefäße mit Luft gefüllt, dass der Wassertransport zum Erliegen kommt. Dann kann der Baum auch absterben“, so Beikircher.

Bereits nach wenigen Untersuchungstagen zeichneten die Sensoren immer mehr Signale der trockengestressten Bäume auf. „Außerdem wurden bei den Fichten um ein Vielfaches mehr Signale verzeichnet als bei den Buchen. Vermutlich taten sich Buchen durch ihre tiefen Wurzeln deutlich leichter, Wasser aus der Tiefe zu holen“, sagt Beikircher zu den Ergebnissen. Bei den Fichten erkannten die Forschenden zusätzlich eine verringerte Fotosynthese-Leistung sowie ein geringeres Wachstum.

Eine weitere Erkenntnis von Beikircher und ihrem Team: „Als wir ins Detail gingen, haben wir gesehen: Die äußeren Bereiche waren gut versorgt. Aber das innenliegende Kernholz, das als Wasserspeicher dient, war entleert. Der Baum hat Wasser nach außen geleitet, um die Äste und Blätter weiter versorgen zu können. Auch nach einem Jahr konnten sich diese inneren Speicher nicht wieder befüllen.“ In einem Folgeprojekt, der zweiten Phase der Untersuchungen, wollen sie nun herausfinden, ob die Speicher wieder befüllt werden können oder Bäume nach Dürre-Ereignissen, wie der zu Forschungszwecken erzeugten Trockenphase, schneller absterben. Seit 2019 werden die zuvor trockengelegten Flächen dazu wieder bewässert.

„Unsere Messungen bestätigen, dass Fichten-Monokulturen an trockenen Standorten keine Zukunft mehr haben“, schließt Beikircher bereits nach den ersten Ergebnissen ihrer Untersuchung. Denn Fichten kämpfen neben der Trockenheit auch mit dem Borkenkäfer. Jungen Fichten falle es bei Wassermangel außerdem schwer, überhaupt nachzuwachsen.