Langfristige Beobachtung des Baumwachstums im Lötschental ¶

Das Pflanzenwachstum spielt eine wichtige Rolle für das Leben auf der Erde. Durch Wachstum entsteht Biomasse (Netto-Primärproduktivität), und über die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen beeinflusst es die globalen Kohlenstoff-, Wasser- und Energiekreisläufe, die schliesslich auf das Klimasystem einwirken. Holz, also das Produkt des sekundären Dickenwachstums, ist der wichtigste langfristige biotische Speicherort für Kohlenstoff zu Lande – die Holzbildung in Bäumen absorbiert jährlich etwa 15 % der anthropogenen Kohlendioxidemissionen. Die Pflanzen bauen diesen Kohlenstoff in die Holzstruktur ein, um den Wasser- und Nährstofftransport zu ermöglichen und um ihre Stabilität und die Speicherung von Kohlenhydraten, Wasser und Abwehrstoffen zu gewährleisten. So können die Bäume innerhalb des Bereichs der lokalen Klimavariabilität korrekt funktionieren. Ein tieferes Verständnis des intra-jährlichen Baumwachstums ist der Schlüssel, um drängende Forschungsfragen im Zusammenhang mit den kurz- und langfristigen Auswirkungen des Klimawandels (einschliesslich Extremen) auf das Waldwachstum, die Vegetationsdynamik und das Klima zu beantworten. Fundierte Vorhersagen, wie das Wachstum auf den Klimawandel reagieren wird, sind daher von entscheidender Bedeutung.

Das Kambium, also die dünne Schicht, in der sich Zellen aktiv teilen, liegt versteckt hinter der Borke und ist somit nicht leicht zu beobachten. Hier findet die jahreszeitliche Dynamik der holzigen Biomasseproduktion statt. Darum ist unser Verständnis dieser Schlüsselkomponente des Kohlenstoffkreislaufs nach wie vor sehr begrenzt, zum Beispiel wie empfindlich sie gegenüber dem Klima ist oder welchen Einfluss sie auf die Funktionsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit und Artenverteilung der Bäume hat.

Das Studium der Xylogenese, d.h. des Prozesses der Xylem-Bildung in Holzpflanzen (siehe Rathgeber et al. 2016 für einen Crash-Kurs), erlaubt es, die innere Rindenoberfläche quasi von innen nach aussen zu stülpen, um die Bildung sowohl des Xylems als auch des Phloems zu beobachten. Das Studium dieser im Baumstamm ablaufenden Prozesse in Abhängigkeit von den gleichzeitig auftretenden Umweltbedingungen hat das Potenzial, feinskalige Untersuchungen der Reaktion von Pflanzen auf Umweltvariationen zu ermöglichen. Diese Reaktionen haben direkte Auswirkungen auf das regionale Klima, die Kohlenstoffaufnahme, die Biodiversität und die Gesellschaft.

Monitoring zeigt auf, was passiert, Forschungsergebnisse zeigen auf, warum etwas passiert, und Modellierung hilft uns zu zeigen, was passieren kann. Das Lötschental bietet den idealen Forschungsrahmen, um die drei Ansätze rund um das «Sekundäre Wachstum» zu kombinieren, diesem höchst fundamentalen und umweltsensiblen Prozess.

Um die Auswirkungen des prognostizierten Temperaturanstiegs in Waldökosystemen besser zu verstehen und vielleicht sogar vorherzusagen, beobachtet die Gruppe Dendrowissenschaften der WSL das Waldwachstum entlang der Süd- und Nordhänge des Lötschentals. Der Lötschentaler Monitoring-Transekt ist ein Set von neun Baumwachstums-Messstellen, die entlang eines Höhengradienten von 800 bis 2200 m ü. M. verteilt sind. Die Versuchsanordnung (Abbildung 2) wurde im Herbst 2006 aufgebaut und bietet die Infrastruktur, um das kontinuierliche Stammwachstum von ausgewachsenen Fichten und Lärchen, die unter natürlichen Bedingungen gewachsen sind, zu untersuchen. Die Besonderheit der Anlage beruht auf der langfristigen Überwachung der Xylogenese (Holzbildung) mittels wöchentlicher Gewebeproben aus den Stämmen der Bäume (Abbildung 3), parallel zu sub-stündlichen Messungen des radialen Wachstums, des Saftflusses, der Luft- und Bodentemperatur, der relativen Feuchtigkeit, des Bodenwassergehalts, des Bodenmatrixpotenzials und der Sonneneinstrahlung an jedem Standort (Abbildung 4). Diese Daten wurden zeitweilig durch zusätzliche Messungen ergänzt, um Isotopensignale in Boden- und Baumkompartimenten, die Baumphänologie, die Dynamik der nicht-strukturellen Kohlenhydrate im Kambium, die genomische DNA der Bäume sowie die Jahrringbreite und Holzanatomie zu bestimmen.

Das Projekt hat eine modulare und offene Struktur. Dies bedeutet, dass es einen vorgegebenen allgemeinen Rahmen gibt (Standortwahl und Basismessungen wie Bodentemperatur), in den zusätzlich andere spezifische Forschungsfragen eingefügt werden können. Das Projekt begann 2007 und läuft derzeit noch. Seit seiner Einrichtung hat die Versuchsanordnung des Transekts zu zahlreichen wissenschaftlichen Publikationen beigetragen (siehe Publikationsliste Lötschental), die Forschungsfragen zu verschiedenen Aspekten des Baumwachstumsprozesses aufgreifen.