Seit 1864 sind die mittleren Jahrestemperaturen in der Schweiz um 1,7 °C angestiegen. Von den 20 wärmsten Jahren seit Messbeginn liegen 16 zwischen 1990 und 2012. Diese warmen Jahre waren mehrmals geprägt von lange andauernden Trockenphasen. Auf die extremste dieser Phasen, die europäische Hitzewelle 2003, folgten im Nordbünden drei weitere sehr trockene Jahre. Als direkte oder indirekte Folge der wiederholten Trockenheit starben in den Tieflagen des Churer Rheintals viele Waldföhren ab (Abb. 1).
Aufgrund dieser Ereignisse hat die WSL zusammen mit dem Amt für Wald und Naturgefahren des Kantons Graubünden das Forschungsprojekt "Bündner Wald im Klimawandel: Untersuchungen zur Bedeutung von Trockenheit für die Wachstumsdynamik von Waldbäumen" entwickelt. Es bestand aus zwei Aktivitäten:
- Untersuchung von Waldbeständen entlang von drei Höhengradienten bei Felsberg, Domat/Ems und Scharans (Abb. 2).
- Verjüngungsexperiment an vier verschiedenen Standorten bei Tamins, Bonaduz und Domat/Ems.
Abb. 1 - Absterbende Waldföhren bei Reichenau im Churer Rheintal. Foto: Ulrich Wasem (WSL)
Das Wort Gradient (vom lateinischen gradiens für der "Anstieg", das "Gefälle" oder die "Steigung") bezeichnet die Veränderung einer Grösse auf einer bestimmten Strecke. Entlang eines Höhengradienten wird also die Veränderung von Messgrössen in Abhängigkeit der Meereshöhe ermittelt.
Quellen: Wikipedia, duden.de
Abb. 2 - Geographische Lage der Versuchsstandorte (Ausschnitt). Genaue Standorte siehe Originalbericht. Quelle: map.geo.admin.ch
Die Ergebnisse der Untersuchungen in Kürze
Klimaentwicklung
Die mittleren Jahrestemperaturen haben seit 1888 um rund 2 °C zugenommen, wobei die Periode von 1965 bis 2000 mit einer Zunahme von 1,5 °C am stärksten ins Gewicht fällt. Von 2003 bis 2006 herrschte in weiten Teilen Graubündens eine in der 125- jährigen Messreihe einzigartig lange Periode mit wenig Niederschlag. Die erhöhte Mortalität von Waldföhren gegen Ende dieser Periode war ein Auslöser der vorliegenden Studie.
Klimaprognosen für die nächsten 90 Jahre rechnen mit einer Zunahme solcher Dürre- Extremereignisse. In den Tallagen des Churer Rheintals sind die Sommertemperaturen vergleichbar mit jenen in Sion (VS). Dagegen erhalten die Churer Wälder deutlich mehr Regen als jene in vergleichbaren Höhenlagen im Wallis. Die Witterung von 2010 bis 2012 zeichnete sich besonders durch warme Sommertemperaturen, durch Niederschlagsüberschüsse in den Jahren 2010 und 2012 sowie durch die ausgeprägte Frühjahrstrockenheit 2011 aus.
Jahrringanalysen
Abb. 3 - Jahrringe von 993 Bäumen dienten zum Nachweis von Wachstumsreaktionen auf das Klima der letzten 100 Jahre. Foto: Andreas Rigling (WSL)
Das Untersuchungsgebiet in den nördlichen Zwischenalpen befindet sich im Einflussbereich des zentraleuropäischen Wettergeschehens, bei welchem in Zukunft mit vermehrt trockenen Sommern bei tendenziell steigenden Jahresniederschlägen zu rechnen ist. Auf die Dürre von 2003 bis 2006 haben Fichten in Tieflagen mit den deutlichsten Wachstumseinbrüchen reagiert. In den Tieflagen sind die Wachstumsreduktionen am besten mit den Trockenheiten bzw. mit den Wasserdefiziten zu erklären. Das Wachstum der Fichten und Waldföhren erholt sich nach solchen Ereignissen erst nach mehreren Jahren.
Bei der Waldföhre können mehrere aufeinanderfolgende Trockenjahre zum Absterben bereits geschwächter Bäume führen. In Hochlagen sind die Trockenjahre in den Jahrringen wenig oder gar nicht sichtbar. Dagegen ist hier das Wachstum von allen untersuchten Baumarten durch die Temperatur limitiert. Höhere Temperaturen führen zu verstärktem Wachstum. Auffälligwaren die Unterschiede zwischen den Wachstumssignalen der Bäume auf der flachgründigen Kalkunterlage am Höhengradient Felsberg und dem tiefgründigen Boden auf Bündner Schiefer entlang des Höhengradienten Domat/Ems. Dort zeigten Lärche und Weisstanne von den Tief- bis zu den Hochlagen keine Signale bezüglich Trockenheit.
Kronenzustand, Stammzuwachs
Aufgrund der kurzen Messperiode 2010 bis 2012 können bezüglich Kronenzustand und Stammzuwachs nur wenige verlässliche Aussagen getroffen werden. Bei der Waldföhre waren die Witterungsunterschiede, besonders die Frühjahrstrockenheit von 2011, in der Kronenverlichtung sichtbar. Die Kronenverlichtung ist bei Bäumen mit starkem Mistelbefalls rascher vorangeschritten als bei solchen mit geringem Mistelbefall. Bei Waldföhre und Lärche wurde im Jahr 2011 eine negative Durchmesserentwicklung festgestellt, was mit Schrumpfprozessen in der Rinde bei Wasserknappheit erklärt werden kann. Dagegen haben Buchen und Tannen trotz Frühjahrstrockenheit einen positiven Durchmesserzuwachs aufgewiesen. Bei allen Baumarten entlang aller Gradienten hat der Durchmesser im mässig feuchten Jahr 2012 deutlich zugenommen. Für aussagekräftige Schlussfolgerungen wird eine längere Messperiode benötigt.
Befallsrisiko von Waldföhre durch Borkenkäfer
Weiter fortgeschrittene Paralleluntersuchungen aus dem Wallis und dem Aoastatal über den Insektenbefall von Waldföhren bestätigen die ersten Resultate aus Churer Rheintal: Erstaunlicherweise sind deutliche höhenabhängige Dichteunterschiede der häufigsten Käferarten, darunter die Borkenkäfer, nicht festzustellen. Abschliessende Ergebnisse hierzu stehen noch aus.
Mit zunehmender Höhe nimmt der Harzfluss der Waldföhren ab (Abb. 4), obwohl keine Unterschiede in der Dichte der Harzkanäle im Holz in Tief- und Hochlagen bestehen. Der unterschiedliche Harzfluss scheint tatsächlich vorwiegend ein Temperatureffekt zu sein, d.h. eine steigende Viskosität mit zunehmender Höhe.
Mit den bisher vorliegenden Informationen ist eine Prognose, wie sich der Klimawandel auf den Borkenkäferbefall von Föhren auswirkt, schwierig. Von wärmeren Temperaturen, die generell die Reproduktion begünstigen, können nicht nur die Borkenkäfer sondern auch die parasitischen Wespen profitieren. Der Harzfluss nimmt mit höheren Temperaturen aus physikalischen Gründen zu, die Harzproduktion dürfte aber durch fehlende Niederschlägen ebenfalls limitiert werden. Wie sich dies insgesamt auf die Schutzwirkung des Harzes bei grösserer Trockenheit auswirkt, ist noch unklar.
Abb. 4 - An der Rinde montiertes Röhrchen für die Harzflussmessung. Foto: Beat Wermelinger (WSL)
Anwuchs von Fichte und Waldföhre
In einem Regendachexperiment wurden die Keimung und der Aufwuchs von verschiedenen Fichten- und Waldföhrenprovenienzen vergleichend getestet. Geprüft wurde, ob die autochthonen Provenienzen bezüglich Überlebensrate und Wuchsleistung unter verschärften Niederschlagsbedingungen vergleichbar sind mit den Pflanzen aus kontinentaleren Regionen wie dem Rhonetal, dem Tirol, Transsylvanien und der Ukraine.
Abb. 5 - Versuchsfläche im Wald bei Tamins. Mit Hilfe von kleinen Regendächern, die den darunter gesäten Bäumchen unterschiedlich viel Wasser vorenthielten, simulierten die Forschenden verschiedene Trockenheits-Szenarien. Foto: Ulrich Wasem (WSL)
Das Experiment unterschied drei Standorte, die zwei Keimjahre 2010 und 2011 sowie zwei Baumarten mit je fünf Provenienzen. Im feuchten 2010 keimten beide Baumarten ähnlich gut. Dagegen waren die Keimraten im trockenen 2011 wesentlich schlechter. Die Föhren zeigten geringere Keimlingsmortalitäten nach 6 Monaten als die Fichten. Zwischen den Provenienzen wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt.
Das Wachstum nach drei Jahren war deutlich von der Wasserversorgung am Standort abhängig. Waldföhren bildeten rund zehnmal mehr oberirdische Biomasse als Fichten. Unterschiede zwischen den Provenienzen spielten keine Rolle. Im Vergleich zum Einfluss von Standort und jährlich sowie saisonal variierenden Niederschlägen spielt die Samenherkunft bei der Ansamung und beim Anwuchs von Fichten und Waldföhren keine Rolle.
Die Waldföhre kommt mit den trockenen Bedingungen besser zurecht als die Fichte, und ihr Wachstum ist rund fünfmal stärker als jenes der Fichte. Im Rahmen von natürlichen oder schlagbedingten Störungen wird die Föhre sowohl bei den herrschenden als auch bei zukünftig veränderten klimatischen Bedingungen in der Verjüngung nicht wesentlich limitiert sein. Als Pionier wird sie zumindest in der Jugendphase auch höhere Temperaturen und/oder längere Trockenheit überstehen.
Angepasstes Waldmanagement
Aus den Untersuchungen und Experimenten geht deutlich hervor, dass die Reaktion der Bäume an ihren Wuchsorten stark von den Standortsbedingungen abhängen. Während generell wärmere Temperaturen in den Hochlagen zu einem stärkeren Wachstum bei allen Baumarten führt und episodische Trockenheiten kaum Wachstumseinbussen bewirken, sind in unteren und mittleren Tallagen auf Kalkböden mit markanten Folgen der vorübergehenden Austrocknung zu rechnen. Besonders davon betroffen sind die Waldföhre, die vermehrt absterben dürfte, und die Fichte, welche mit starker Wachstumsreduktion reagiert. Auf tiefen Böden wie z.B. auf Bündner Schiefer sind die Klimawandelfolgen vermutlich wesentlich geringer. Hier besteht allerdings Forschungsbedarf.
Im Hinblick auf eine Zunahme von Dürreperioden gemäss neusten Klimaprognosen stellen sich Fragen nach den Handlungsoptionen. Anhand von zwei Klimawandelszenarien – keine weitere Temperaturänderung mehr; +4 °C Temperaturzunahme – werden die unterschiedlichen Folgen für die künftige Waldbehandlung aufgezeigt. Unter dem wahrscheinlicheren 4 °C-Szenario wird die Schutzfunktion auf flachgründigen Böden in Tieflagen mit den an Ort wachsenden Baumarten nur noch unvollständig aufrecht erhalten werden können. Längerfristig muss hier nebst der Förderung der Baumartendiversität auch die Beimischung neuer trockenheitsresistenter Baumarten ins Auge gefasst werden.
In Experimenten oder klassischen Provenienzversuchen wären folgende Arten zu testen: Flaumeiche (Quercus pubescens), Blumenesche (Fraxinus ornus), die gegen Sommerdürre resistenteren Mittelmeerbaumarten Steineiche (Quercus ilex), Schwarzföhre (Pinus nigra) und Aleppokiefer (Pinushalepensis), oder die raschwüchsige und trockenresistente Douglasie (Pseudotsuga menziesii).
(TR)
