Rechenmodell: Wie viel Wasser bleibt den Bäumen im Boden?
Die anhaltende Hitze macht Bäumen zu schaffen. Doch wie gravierend sind aktuelle und vergangene Trockenheiten für den Schweizer Wald tatsächlich? Ein von einem Forschungsteam der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) entwickeltes Berechnungsmodell hilft bei der Suche nach einer Antwort.
Im Trockensommer 2018 verfärbte sich das Laub zahlreicher Schweizer Waldbäume vorzeitig oder fiel gleich ganz ab. Zwar gibt es mittlerweile viele Untersuchungen dazu, wie Pflanzen auf solche Extremereignisse reagieren. Aber was damals mit dem Wasserhaushalt im Boden geschah, war bisher nicht ganz klar. – Ein Team der WSL konnte nun anhand eines eigens entwickelten Rechnungsmodells erstmals die Bodenwasserspeicher im Schweizer Wald abschätzen. Das heisst, wo nutzbares Wasser für wie viele Pflanzen vorhanden ist. Damit liessen sich die extremen Trockenheiten von 2015 und 2018 besser analysieren.
Die Wissenschaftler griffen dazu auf die Daten eines Netzwerks von 44 über die ganze Schweiz verteilten, in unterschiedlich feuchten Böden installierten Bodenfeuchte-Messstationen zurück. Mit diesen Daten fütterten sie ein dynamisches Rechenmodell, das alle Wasserflüsse zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre modellieren kann. Auf diese Weise lässt sich zeigen, wie sich die Bodenwasserspeicher abhängig vom Wetter und dem Verbrauch durch Pflanzen füllen und leeren, wie WSL-Hydrologin Katrin Meusburger erklärt.
Wenn Bäume transpirieren
Stellt man sich die maximale Wasserspeicherfähigkeit der Wälder bis in zwei Meter Tiefe als einen Eimer vor, dann fasst er ungefähr etwa das Wasservolumen des Walensees. Allerdings sind die Mengen sehr ungleich verteilt: Sie variieren um den Faktor zehn zwischen den Standorten mit kleinster Wasserverfügbarkeit und jenen mit der höchsten. Einen Einfluss hat auch die Wurzeltiefe der Pflanzen. Dieser Faktor konnte dank neuer Messdaten der WSL ebenfalls im Rechenmodell berücksichtigt werden.
Ein Ziel der Studie war es, den Wasserverbrauch der Bäume in den Trockensommern 2015 und 2018 abzuschätzen. «Man könnte denken, dass die Verdunstung im Wald die niedrigen Wasserstände in Gewässern oder im Grundwasser verschlimmert hat. Das ist aber nicht so», sagt Meusburger. Die Bäume fuhren ihre Verdunstung drastisch zurück, um 23 Prozent im 2015 und um 28 Prozent im Jahr 2018. Denn bei Trockenheit schliessen sich die Poren der Blätter und Nadeln, durch die die Bäume das CO2 für die Fotosynthese aufnehmen und über die sie auch Wasser verlieren. In der Folge wachsen Bäume weniger als sonst. Damit ging durch die Transpiration der Waldbäume unter dem Strich nicht mehr Wasser verloren als in anderen Jahren.
Trockener Sommer: 2018 war schlimmer als 2015
Stellen die Bäume auf Sparflamme um, sprechen die Forschenden von Transpirationsdefizit. Mit dem neuen Modell lässt sich diese Kennzahl berechnen. «Wir können das Ausmass der Trockenheit aus Sicht der Pflanze beziffern und auch vorhersagen», erklärt Meusburger. Aus der Sicht der Pflanzen ist die Trockenheit laut der Wissenschaftlerin im 2018 schlimmer gewesen als jene im 2015: Die wasserarme Zeit zog sich im Jahr 2018 von Juli bis Oktober hin, während 2015 nur die Monate Juli und August kritisch gewesen sind.
Die vom Modell simulierte Bodenwasserverfügbarkeit stimmt laut den Wissenschaftlern gut mit dem Auftreten von verfrühter Blattverfärbung im Sommer 2018 überein – und zwar besser als wenn nur meteorologischen Daten beigezogen würde. Meusburger will das Modell so weiter entwickeln, dass sich Forstleute in Zukunft darüber informieren können, wie gross und wie gut der Bodenwasserspeicher in ihren Wäldern gefüllt ist.
«Wir können den unsichtbaren Trockenstress aufzeigen, noch bevor die Schwelle zum Welken oder Laubfall der Bäume überschritten ist», sagt Meusburger. Dazu möchte sie die räumliche Auflösung der modellierten Karten von derzeit 500 Meter auf 25 Meter erhöhen. Forstleute wären gewarnt, wenn ihre Bestände durch Trockenheit geschwächt sind, was Astbrüche, Windwurf bei Sturm und Pilz- oder Insektenbefall zur Folge haben kann. (mgt/mai)
