Daniel Christen

Das Programm «Langfristige Waldökosystem-Forschung» in der Schweiz liefert detaillierte Ergebnisse zu den Auswirkungen von Luftverschmutzung und Klimaänderung auf die Waldböden und Baumernährung. Seit den 1980er-Jahren sind die Emissionen von Schwefeldioxid und Stickoxiden in Mitteleuropa signifikant zurückgegangen. Diese Trends können auch für die Immissionen in der Schweiz bestätigt werden. Die Monitoringdaten zeigen, dass die Auswaschung von Sulfat aus dem Bodenprofil zurückgegangen ist. Auch die Stickstoffauswaschung nahm grösstenteils ab, jedoch nicht an Standorten mit weiterhin hohen Stickstoffeinträgen, wo sogar ansteigende Trends beobachtet wurden. Daher bleibt die Stickstoffbelastung trotz der insgesamt positiven Entwicklungen ein Problem. Ein weiterer kritischer Befund ist die fortschreitende Bodenversauerung, die sich in abnehmenden pH-Werten und niedrigen Verhältnissen von basischen Kationen zu Aluminium zeigt. Die Böden puffern die sauren Depositionen durch die Auswaschung von Nährstoffen und die Freisetzung von Aluminium. Diese Veränderungen in der Bodenlösungschemie können lange anhalten und die Nährstoffverfügbarkeit für die Bäume beeinträchtigen. Dies ist einer der Faktoren, die zu einem signifikanten Rückgang wichtiger Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Schwefel in den Blättern geführt haben. Dies weist auf eine Verschlechterung der Baumernährung hin. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass trotz des Rückgangs saurer Depositionen die langfristigen Auswirkungen auf die Waldböden und die Baumernährung bestehen bleiben, was sich auf die Gesundheit und Vitalität der Schweizer Wälder auswirken kann.

Trends in atmospheric deposition and effects on soil water quality and tree nutrition
Long-term forest ecosystem research (LWF) in Switzerland provides detailed results on the impacts of air pollution and climate change on forest soils and tree nutrition. Since the 1980s, sulphur dioxide and nitrogen oxides emissions have significantly decreased in Central Europe. These trends can also be confirmed for emissions in Switzerland. Monitoring data show that sulphate leaching from the soil profile has decreased. Nitrogen leaching has also mostly declined, but not at sites with persistently high nitrogen inputs, where even increasing trends have been observed. Therefore, nitrogen deposition remains a problem despite the overall positive developments. Another critical finding is the ongoing soil acidification, reflected in decreasing pH values and low ratios of base cations to aluminium. The soils buffer the acidic deposition through nutrient leaching and aluminium release. These changes in soil solution chemistry can persist for a long time and impair nutrient availability for trees. This is one of the factors contributing to a significant decline in key nutrients such as nitrogen, phosphorus, and sulphur in the leaves. In summary, the results show that despite the reduction in acidic deposition, the long-term impacts on forest soils and tree nutrition persist, potentially affecting the health and vitality of Swiss forests.

Bewirtschaftung und Umweltbedingungen beeinflussen die Gestalt von Wäldern. Mit der Einrichtung eines Naturwaldreservats wurden am Bettlachstock im Kanton Solothurn die Weichen zur Entwickung in Richtung eines Naturwaldes gestellt. Im Waldreservat werden im Rahmen des «Monitoring Naturwaldreservate Schweiz» mit Stichprobeninventuren die natürlichen Prozesse der Waldentwicklung und in der «Langfristigen Waldökosystemforschung (LWF)» mit kontinuierlichen Messungen der Einfluss von Luftverschmutzung und Klimawandel auf den Wald erforscht. Beides sind langfristige Untersuchungen, die Methoden der Waldinventur und Erfassung des Waldzustandes verwenden. Das Reservat ist aufgrund der Standortsvielfalt reich an verschiedenen Baumarten. Diese widerspiegeln das natürliche Artenspektrum. Der hohe Anteil an Fichten zeigt jedoch, dass die frühere Bewirtschaftung diese bewusst gefördert hat. Die Luftbelastung und das Klima hatten und haben nachweislich einen Einfluss auf den Wald am Bettlachstock. Die Die Luftbelastung ist eher rückläufig und die Klimaveränderung eher zunehmend. Beide stehen aus heutiger Sicht grundsätzlich der Entwicklung zu einem naturnahen Wald an diesem Standort nicht im Wege. Eine Zunahme von trockenen Sommern ist zu erwarten und könnte die Standorteigenschaften verändern. In Teilen des Reservats könnte dies mittelfristig zu vermehrtem Absterben von Tannen und Fichten und in der Folge zu einer Zunahme des Totholzvolumens führen. Langfristig könnte dies Verschiebungen der Höhenstufen und in der Baumartenzusammensetzung hin zu mehr Laubbaumarten auslösen.

Many carbon-related physiological questions in plants such as carbon (C) limitation or starvation have not yet been resolved thoroughly due to the lack of suitable experimental methodology. As a first step towards resolving these problems, we conducted infusion experiments with bonsai trees (Ficus microcarpa) and young maple trees (Acer pseudoplatanus) in greenhouse, and with adult Scots pine trees (Pinus sylvestris) in the field, that were “fed” with ¹³C-labelled glucose either through the phloem or the xylem. We then traced the ¹³C-signal in plant organic matter and respiration to test whether trees can take up and metabolize exogenous sugars infused. Ten weeks after infusion started, xylem but not phloem infusion significantly increased the δ¹³C values in both aboveground and belowground tissues of the bonsai trees in the greenhouse, whereas xylem infusion significantly increased xylem δ¹³C values and phloem infusion significantly increased phloem δ¹³C values of the adult pines in the field experiment, compared to the corresponding controls. The respiration measurement experiment with young maple trees showed significantly increased δ¹³C-values in shoot respired CO₂ at the time of four weeks after xylem infusion started. Our results clearly indicate that trees do translocate and metabolize exogenous sugars infused, and because the phloem layer is too thin, and thus xylem infusion can be better operated than phloem infusion. This tree infusion method developed here opens up new avenues and has great potential to be used for research on the whole plant C balance and its regulation in response to environmental factors and extreme stress conditions.