Wodurch verlieren Bäume ihre Vitalität?

Projekt 1718 Y4DRY – Waldschäden durch Trockenheit besser verstehen

Abbildung1 S Meining — Abb. 1: Durch Trockenheit geschädigte Buchenkronen (Foto: S. Meining, 2021).

Relevanz

Die drei Jahren aufeinanderfolgenden Jahre 2018-2020 mit extremer Witterung haben die Wälder Baden-Württembergs in einen besorgniserregenden Zustand versetzt. Die Ergebnisse der jährlich durchgeführten Waldzustandserhebung, welche den Vitalitätszustand der Wälder Baden-Württembergs beschreiben, belegten für 2020 das höchste mittlere Schadniveau seit Beginn der Datenaufnahme 1985 (Waldzustandsbericht 2020, PDF 8.2 MB). Fast die Hälfte aller erhobenen Bäume in Baden-Württemberg wiesen deutliche Schäden auf. Immer mehr dieser Schäden sind bedingt durch Trockenstress und damit verbundenen sekundären Stressoren wie Insekten- oder Pilzbefall. Längst ist nicht mehr nur die häufigste Baumart Baden-Württembergs, die flachwurzelnde und für Borkenkäferbefall anfällige Fichte, betroffen. Auch die anderen Hauptbaumarten Tanne, Buche, Eiche und Kiefer wiesen in den letzten Jahren ein erhöhtes Schadgeschehen auf. Auch wenn das Schadniveau 2021 wieder etwas abgenommen hat, bleibt die Situation angespannt. Diese Erkenntnisse unterstreichen den dringenden Handlungsbedarf, die Wälder Baden-Württembergs widerstandsfähiger für den Klimawandel zu machen.

Ziele

Das Projekt Y4DRY wurde in den Jahren 2020-2022 im Rahmen des Notfallplans Walderhalt von der Landesregierung mit dem Ziel finanziert, die Ursachen für geminderte Vitalität der Hauptbaumarten aufgrund von extremer Witterung besser nachvollziehen zu können. So sollten unter anderem prädisponierendende Standortfaktoren ermittelt werden, welche Schädigungen durch Trockenheit bedingen oder verstärken, die für viele Baumarten noch nicht genau bekannt sind. Durch ein verbessertes Verständnis des baumartenspezifischen Schadgeschehens können Waldbesitzenden wichtige Einflussgrößen auf die Vitalität der verschiedenen Baumarten vermitteln werden. Dies schafft eine zusätzliche Grundlage für differenzierte Empfehlungen hinsichtlich des klimaangepassten Waldumbaus und der Wiederbewaldung nach Schadjahren.

Vorgehensweise

Als Grundlage für die Auswertung dienten die jährlichen Schaddaten der Waldzustandserhebung (WZE), welche seit über 30 Jahren in Baden-Württemberg durchgeführt wird. Die Zielgröße Nadel-/Blattverlust (NBV) beschreibt, wie stark die Baumkrone im Vergleich zu einem gesunden Referenzbaum entlaubt ist und gilt als wichtige, allgemeine Kenngröße für die Waldvitalität. In statistischen Modellen haben wir Zusammenhänge zwischen den Schaddaten und standortspezifischen Informationen über Klima und Witterung, Topographie, Boden-, Nährstoff und Wasserhaushalt untersucht. Fokussiert haben wir uns in den Untersuchungen auf die Schadgeschehen der letzten 30 Jahre, um eine möglichst aussagekräftige Datengrundlage für die Bewertung von Waldschäden zu schaffen. Der Einfluss einzelner Teileffekte in den Modellen kann über die Visualisierung von funktionellen Zusammenhängen gut interpretiert und verglichen werden.

Ergebnisse

Partieller Einfluss des Baumalters auf den Nadel /Blattverlust. Ein Vitalitätsverlust mit zunehmendem Alter wurde bei allen untersuchten Baumarten, außer der Kiefer, festgestellt . — Abb. 2: Partieller Einfluss des Baumalters auf den Nadel /Blattverlust (NBV). Ein flacher Kurvenverlauf deutet auf einen geringen Einfluss hin

Den mit Abstand größten Einfluss auf die Vitalität der Bäume hat das Baumalter. Ein Vitalitätsverlust mit zunehmendem Alter wurde bei allen untersuchten Baumarten, außer der Kiefer, festgestellt (Abb. 2). Die Weiteren signifikanten Umweltgrößen unterscheiden sich je nach Baumart. Diese Erkenntnis legt nahe, dass auch waldbauliche Maßnahmen in Zukunft baumartenspezifisch getroffen werden müssen.

Fichte

Der Einfluss des Baumalters ist vorherrschend in den Fichtenmodellen. Zudem traten überdurchschnittliche Nadelverluste ab einer Durchschnittstemperatur von ca. 14,5 °C innerhalb der Vegetationsperiode des Vorjahres auf (Abb. 3 e). Weiterhin haben wärmere Winter (Δ >2 °C; Abb. 3 f) eine negative Auswirkung. Neben den direkten Auswirkungen von Trockenheit lässt sich ein möglicher Zusammenhang zur Käferdynamik herstellen: steigende Temperaturen begünstigen die Entwicklungsgeschwindigkeit und Reproduktionsraten der Käfer. Des Weiteren führen mildere Winter zu einer geringeren frostbedingten Wintermortalität von überwinternden Larven oder Adulten. Zusätzlich sind exponierte Lagen wie Kuppen oder Bergrücken, welche sich besonders im Schwarzwald finden, stärker gefährdet für Schäden (Abb. 3 d).

Buche

Die Grafik zeigt Abbildung 4: Einfluss der Interaktion zwischen der Abweichung der minimalen Tagesmitteltemperatur im Mai und der Abweichung der durchschnittlichen Wintertemperatur auf den Blattverlust der Buche. — Abb. 4: Einfluss der Interaktion zwischen der Abweichung der minimalen Tagesmitteltemperatur im Mai und der Abweichung der durchschnittlichen Wintertemperatur auf den Blattverlust der Buche.

Prädisponierende Standortfaktoren für eine gesteigerte Schädigung konnten wir für die Buche nicht ermitteln, dafür deutlich den Einfluss klimatischer Größen. Hier zeigen sich negative Auswirkungen von Trockenheit erst verzögert im Folgejahr (Abb. 3 a). Die Tatsache, warum höhere Temperaturen in der Vegetationsperiode des Aufnahmejahrs sich positiv auf den NBV auswirken, konnte nicht abschließend erklärt werden und Bedarf weiterer Untersuchungen (Abb. 3 b). Bei genauerer Betrachtung war auffällig, das erhöhte Schädigungen auftreten, wenn auf einen warmen Winter ein kaltes Frühjahr folgt und umgekehrt (Abb. 4). Mögliche Hypothesen hierfür sind, dass durch den warmen Winter bereits verfrüht entwickelten Knospen und Blätter empfindlich auf Spätfrostereignisse im darauffolgenden Frühjahr reagieren. Umgekehrt könnte die Blattentwicklung durch einen kalten Winter verspätet sein, da kritische Temperatursummen für den Blattaustrieb erst später im Jahr überschritten wurden. Somit sind die jungen Blätter noch anfälliger für Frühjahrstrockenheit. Diese Hypothesen

Einordnung der Ergebnisse

Aufgrund der geringeren Anzahl von Eichen und Kiefern im Datensatz ließen sich mit der gewählten Methodik für diese Baumarten nur begrenzte Aussagen tätigen. Eine negative Auswirkung auf den Blattverlust der Eiche hatte in den Modellen, neben dem Baumalter, nur eine steigende Temperatur der Vegetationsperiode des Vorjahres. Die Modelle der Kiefer waren die einzigen, in denen das Baumalter keinen deutlichen Einfluss auf den Nadelverlust zeigte.

Die Modellierung von komplexen Umweltsystemen und Wäldern birgt viele Herausforderungen. So ist eine kausale Bewertung des Schadgeschehens in Wäldern ist aufgrund der sich überlagernden kurz- und langfristigen Effekte schwierig zu beurteilen. Insbesondere nicht vorhandene Daten, welche die Bestandesstrukturen, die Schädlingsdynamik und die Durchforstungsmaßnahmen beschreiben, stellten uns vor eine Herausforderung. Ein Modell ist daher immer nur eine stark vereinfachte Annäherung an die Wirklichkeit. Somit gilt es die Ergebnisse kritisch zu beurteilen, dennoch bieten sie eine Einschätzung über wichtige Umweltgrößen, welche die Vitalität der verschiedenen Baumarten entscheidend beeinflussen. Aufgrund des deutlich ansteigenden Risikos für Vitalitätsschwäche mit ansteigendem Baumalter könnten verkürzte Umtriebszeiten als waldbauliche Maßnahme in Betracht gezogen werden.

Ausblick

Für Folgeprojekte wäre es spannend, die Ergebnisse anhand von weiteren Schaddaten zu validieren. Zudem ist der Einfluss von Bestandesdichte, Mischungsform und Durchforstungsmaßnahmen aus anderen Studien bekannt. Einige dieser Informationen könnten, zumindest für die letzten Jahre, aus Daten der Fernerkundung abgeleitet werden. Eine Auswertung eines verkürzten Zeitraumes mit diesen zusätzlichen Informationen erscheint sinnvoll.