Baum mit Überraschungseffekt

Andreas Gruber vom Institut für Botanik testete die Auswirkungen von Änderungen in der Bodentemperatur auf das Wachstum der Zirbe erstmals in einem Feldexperiment an der Waldgrenze.
Mithilfe von „offenen Gewächshäusern“ erreichten die Wissenschaftler eine Erhöhung der Bodentemperatur. Foto: A. Gruber
Bild: Mithilfe von „offenen Gewächshäusern“ erreichten die Wissenschaftler eine Erhöhung der Bodentemperatur. Foto: A. Gruber

Die Zirbe – ein Baum der in Tirol in vielerlei Hinsicht bekannt ist: Ihr sehr aromatisch duftendes Holz, dem auch eine gesundheitsfördernde Wirkung zugeschrieben wird, wird gerne als Möbel- und Schnitzholz verwendet. Ihre Zapfen und Samen dienen der Lebensmittelproduktion und der Produktion von Spirituosen wie Zirbenlikör und Zirbenschnaps. „Bei der Zirbe handelt es sich um den Baum, der am besten an das zentralalpine Höhenklima angepasst ist. Aufgrund ihrer Frostbeständigkeit - sogar Jungtriebe überstehen Spätfrost – stellt die Zirbe die sogenannte Klimax-Vegetation an der Waldgrenze dar“, beschreibt Andreas Gruber vom Innsbrucker Institut für Botanik die Baumart. Alles Gründe, um sich das Wachstum der Zirbe in ihrem natürlichen Lebensraum genauer anzusehen.

Im Rahmen eines vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projektes untersuchte ein Team um Andreas Gruber, welche Auswirkungen Änderungen in der Bodentemperatur auf das Wachstum der Zirbe haben. Anders als in bisherigen Forschungsprojekten führte Gruber seine Untersuchungen allerdings nicht im Labor sondern im alpinen Gelände durch. „Die Lufttemperatur ist ein limitierender Faktor für das Wachstum von Bäumen. Unter einer Temperatur von 5 Grad Celsius wächst ein Baum nicht mehr. Wir wollten nun herausfinden, ob es auch in Bezug auf die Bodentemperatur einen limitierenden Schwellenwert gibt“, erklärt der Biologe die Ausgangsfragestellung des Projektes. Für das Feldexperiment wählte Andreas Gruber Testflächen in Haggen im Tiroler Sellraintal auf einer Höhe von circa 2200 Metern gelegen. „Wir haben uns bewusst für eine aufgeforstete Waldfläche entschieden, da die Bäume hier alle gleich alt sind. Bei Wachstumsanalysen spielt das Alter der Bäume nämlich eine große Rolle: alte Bäume wachsen wesentlich langsamer als junge. Auf unseren Testflächen hatten wir ein durchgängiges Baumalter von circa 40 Jahren.“

Künstliche Temperaturänderung

Um bei ihrem manipulativen Experiment eine Veränderung der Bodentemperatur zu erreichen, legten die Wissenschaftler verschiedene Testflächen an: Um eine Bodenerwärmung zu erzielen, bauten sie „offene Gewächshäuser“, andere Flächen schatteten sie mithilfe von Folien ab, um eine Abkühlung des Bodens zu erzielen. „In dieser Höhe hängt die Bodentemperatur fast ausschließlich von der Sonneneinstrahlung ab“, erläutert der Biologe. Neben den temperaturmanipulierten Flächen wurden auch Testflächen eingerichtet, die gedüngt wurden, um den Effekt einer höheren Nährstoffverfügbarkeit zu überprüfen. „Unser Experiment hat gut funktioniert. Nach kurzer Zeit erreichten wir einen Unterschied in der Bodentemperatur von rund 3,5 Grad Celsius“, erklärt Andreas Gruber. Nachdem der Versuchsaufbau ein Jahr lang in Betrieb war, führten die Wissenschaftler Wachstumsanalysen am Zirbenbestand der verschiedenen Testflächen durch und erhielten dabei überraschende Ergebnisse. „Die Bäume auf den gedüngten Flächen wuchsen durch die erhöhte Nährstoffverfügbarkeit erwartungsgemäß besser. In Bezug auf die Bodentemperatur wurden unsere Erwartungen allerdings nicht erfüllt“, beschreibt der Biologe. Vor Beginn ihres Experiments gingen die Wissenschaftler davon aus, dass eine höhere Bodentemperatur durch bessere Nährstoffverfügbarkeit und verstärktem Wurzelwachstum zu gesteigertem Wachstum führen würde. Nach den ersten Analysen zeigte sich allerdings, dass dieser erwartete Effekt nicht eingetreten ist: Es waren kaum Wachstumsunterschiede zwischen den Baumbeständen auf den erwärmten und abgeschatteten Testflächen nachzuweisen. „Ganz entgegen unserer Erwartungen zeigten die Bäume auf den abgeschatteten – also kälteren – Flächen sogar einen leichten Wachstumszugewinn“, berichtet Andreas Gruber. In einem Folgeprojekt untersuchten die Wissenschaftler die Gründe für dieses überraschende Ergebnis. „Diese Untersuchungen ergaben, dass nicht die Bodentemperatur für den Zuwachsgewinn auf den abgeschatteten Flächen verantwortlich war, sondern Konkurrenzeffekte.“

Wurzelkonkurrenz

Zu Beginn des Feldexperimentes wurden alle Testflächen geschwendet, das heißt alle dort vorkommenden Pflanzen wurden entfernt. Im Laufe des Experimentes wuchs dann überall, außer auf den abgeschatteten Flächen ein dichter Grasteppich nach. „Da bisher lediglich ein Konkurrenzeffekt durch Zwergstrauchgesellschaften bekannt war, dachten wir, dass der nachgewachsene Grasteppich für unser Experiment vernachlässigbar sei. Die Ergebnisse zeigten jedoch etwas anderes“, so Gruber. Nachdem alle Flächen erneut gemäht wurden, - der Baumbestand auf allen Testflächen also gleiche Konkurrenzbedingungen vorfand – unterschied sich auch das Baumwachstum auf den Flächen mit unterschiedlichen Bodentemperaturen nicht mehr. „Die Wurzelkonkurrenz durch Grasgesellschaften ist offenbar größer als bisher gedacht.“

Diese Konkurrenzeffekte werden auch bei der Wiederbesiedelung aufgelassener Almflächen eine Rolle spielen: Im alpinen Bereich wurde die Waldgrenze schon seit dem Neolithikum durch Almwirtschaft künstlich erniedrigt, nachdem einige dieser Flächen nun aufgelassen wurden, kommt es nach und nach zu einer Wiederbewaldung. „Bei der Wiederbesiedlung von eigentlich potenziellem Waldgebiet wird die Beobachtung des von uns nachgewiesenen Konkurrenzeffektes besonders interessant sein. Ich denke allerdings, dass dieser die Entstehung einer Waldgesellschaft in Almgebieten auf Dauer nur verzögern, nicht aber verhindern wird“, erklärt Gruber. Seiner Ansicht nach zeigt das Ergebnis des Feldexperimentes zu Bodentemperatur die Komplexität des Wachstumsprozesses der Bäume aber ganz klar. „Hier handelt es sich um komplexe Regelkreise, die nicht einfach trennbar sind. Feldexperimente sind also unerlässlich, da Laborversuche nie ein Gesamtbild zeichnen können.“

Dieser Artikel ist in der Oktober-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).