LWF aktuell 147
Durststrecken im Wald: Wie reagieren Buche und Eiche
von Laura Wachtveitl, Klaas Wellhausen, Stephan Raspe, Lothar Zimmermann, Joachim Stiegler und Philipp Maldoner

Veränderungen der Umwelt und die Reaktionen der Bäume werden im forstlichen Umweltmonitoring erfasst. Mit Blick auf die Baumreaktionen stützt es sich im Wesentlichen auf zwei Säulen: Die jährliche Waldzustandserhebung (WZE, „Level 1") und das intensive Monitoring an den Waldklimastationen (»Level 2«). Die seit 1983 durchgeführte WZE erfasst den Vitalitätszustand von Bäumen an über 450 Inventurpunkten in Bayern (Maldoner 2024). Diese Erhebungen werden an den WKS durch intensive Messungen u. a. zur Meteorologie, zum Wasser- und Stoffhaushalt und zum Baumwachstum ergänzt. Durch die kontinuierliche Zeitreihe sind die gewonnenen Daten eine wertvolle Referenz. Zudem eignen sie sich durch ihre räumliche Verteilung in ganz Bayern sehr gut für Vergleiche zwischen verschiedenen Standorten und Baumarten. Abgeleitet aus der Baumartenzusammensetzung in der herrschenden Schicht, wurden die WKS Bad Brückenau, Ebrach und Mitterfels als Buchenstationen und die WKS, Riedenburg, Rothenbuch und Würzburg als Eichenstationen festgelegt. Freising fungiert sowohl als Buchen- wie auch als Eichenstation.

Eine allgemeingültige Definition des Begriffs „Trockenjahr" existiert im Grunde nicht. Allein schon in der Meteorologie gibt es verschiedene Methoden, um zu beurteilen, wie trocken ein Jahr im Vergleich zu anderen war. Eine mögliche Annäherung ist die Klimatische Wasserbilanz (KWB): Diese berechnet sich aus der Differenz von Niederschlag und potenzieller Verdunstung. Verdunstet aufgrund hoher Temperaturen mehr Wasser als durch den gefallenen Niederschlag verfügbar ist, wäre die KWB dieses Standorts negativ. Für die Pflanzen bedeutet das: Stress durch zu wenig Wasser. Die Bodenverhältnisse und der spezifische Wasserbedarf der einzelnen Baumarten bleiben bei dieser Berechnung zunächst unberücksichtigt. Genau darin liegt der Vorteil der KWB. Sie benötigt wenig Eingangsgrößen, ist vergleichs­weise einfach zu berechnen und lässt regionale Vergleiche zu (Zimmermann et al. 2020). Detailliertere Betrachtungen zur standört­lichen und baumartenspezifischen Wasserbilanz erfordern hingegen aufwändigere Wasserhaushaltsmodellierungen, wie zum Beispiel das Wasserhaushaltmodell LWF-Brook90 (Hammel und Kennel 2001). Betrachten wir für die ausgewählten Stationen in Abbildung 2 zunächst den Verlauf der KWB seit 1995, stechen die Jahre 2003, 2015, 2018 und 2022 durch deutliche Ausschläge der Kurven nach unten hervor. Die Klimatische Wasserbilanz in diesen Jahren war also negativ. Aus der Grafik ist auch ersichtlich, dass die Verläufe der südbayerischen und nordbayerischen WKS oft ähnlich verlaufen. In einzelnen Jahren, vor allem jedoch im Jahr 2018, kann man aber auch starke regionale Witterungsunterschiede zwischen Südbayern (Stationen FRE und RIE) und Nordbayern erkennen.

Der jährliche Durchmesser- und Grundflächenzuwachs eines Baumes ist von vielen Faktoren abhängig. Dazu zählen neben längerfristigen Effekten wie soziale Stellung und Alter, auch kurz- und mittelfristige Einwirkungen wie Witterung, Fruktifikation und Veränderungen im Bestandesgefüge. An den Waldklimastationen werden die Zuwächse der herrschenden Bäume jährlich mittels Umfangmaßbändern erfasst. Werden diese Daten um mittelfristige (z. B. Durchforstungen) und langfristige Trends (Alter) bereinigt, kann man die Reaktionen der Bäume auf die Witterung untersuchen (Cook und Kairiūkštis 1992; Bunn 2008). Die trendbereinigten Wachstumsverläufe von Buche und Eiche sind in Abbildung 3 dargestellt. Werte unter 1 zeigen dabei Jahre mit unterdurchschnittlichem Wachstum, während Jahre mit überdurchschnittlichem Wachstum Werte über 1 aufweisen.

Einen deutlichen und über alle Standorte vorhandenen Einbruch des Zuwachses, wie ihn das starke Spätfrostereignis im Jahr 2011 bei der Buche hinterließ, konnten wir an den WKS in den Trockenjahren 2003, 2015, 2018 und 2022 nicht erkennen (Abbildung 3). Ganz im Gegenteil: Im Jahr 2018 wuchsen die Buchen an allen Stationen sogar überdurchschnittlich gut. In 2019 und 2020 folgten dann zwei Jahre mit unterdurchschnittlichem Wachstum – vermutlich konnten sich die Bäume aufgrund der anhaltenden Trockenheit in diesen Jahren nicht erholen (Szejner et al. 2020; Schmied et al. 2023a). Das feuchte Jahr 2021 verhalf den Bäumen dann aber wieder zu einem überdurchschnittlichen Zuwachs. Einen allgemeinen, über mehrere Jahre anhaltenden Abwärtstrend hinsichtlich der Vitalität, wie er häufig beschrieben wird, können wir an unseren Buchenstationen nicht ablesen. Eine Ausnahme bildet die Station in Ebrach, auf die wir im Verlauf des Artikels noch gesondert eingehen werden.

Veränderungen im Zuwachsverhalten bleiben für Waldbesitzende und Forstpraktiker zunächst über lange Zeit im Verborgenen. Dagegen sind Blattverluste und Trockenschäden in den Baumkronen schneller und unmittelbarer sichtbar. Die Daten der Kronenzustandserhebung (WZE) sind hierbei eine wichtige Erkenntnisquelle. Die WZE hat zum Beispiel gezeigt, dass der Nadel- und Blattverlust zuletzt baumartenübergreifend auf 26 % zugenommen hat, zusammen mit dem Jahr 2021 ist das der zweithöchste Wert nach dem Jahr 2020, was den Einfluss der Trockenjahre seit 2018 deutlich widerspiegelt (Maldoner 2024). Da die Außenaufnahmen der WZE im Zeitraum von Juli bis Anfang August durchgeführt werden, ist das vorzeitige Welken und Abwerfen von Blättern im Spätsommer der Trockenjahre hierbei noch nicht erfasst (Zimmermann et al. 2020). An den intensiv beobachteten WKS werden entsprechende Entwicklungen genauer beobachtet und alle vier Wochen die Menge der gefallenen Blätter in Streusammlern erfasst. Im Mittelwert der Jahre 1997–2018 fielen in den Monaten Juni bis August rund 13 % der Gesamtstreumenge (Zimmermann et al. 2020). Dagegen fanden sich im Trockenjahr 2003 an der WKS-Station in Ebrach (EBR) rund 22 % der Gesamtstreumenge in den Streusammlern und im Jahr 2015 sogar 43 %. Auffällig waren auch die signifikant höheren Kronenverlichtungen der Buchen im Folgejahr der Trockenheit, welche im Jahr 2015 an allen vier Buchenstationen zu erkennen waren (Abbildung 4).

Im Gegensatz zu den anderen Stationen ist das Zuwachsniveau der noch verbliebenen Buchen in Ebrach seit 2019 auf unterdurchschnittlichem Niveau und hat sich nicht erholt (Abbildung 3). Im Einklang damit nahm der Blattverlust von 2018 bis 2022 kontinuierlich zu. Seit 2018 wurden 62% der untersuchten Buchen auf der Messfläche außerplanmäßig aufgrund abiotischer Schäden entnommen. Doch warum trifft es genau Ebrach so hart? Hier scheinen einige Faktoren zusammenzukommen: Neben dem hohen Alter (ca. 190 Jahre) wurde der Bestand durch kontinuierliche Durchforstungen stark aufgelichtet, um der vorhandenen Verjüngung Licht zu geben. Beides kann sich bei Trockenheit negativ auswirken (Klemmt 2023; Mathes et al. 2023; Zang et al. 2014). Hinzu kommt der tonige Boden, den die Buche schlecht durchwurzeln kann. Diese Kombination könnte die Ursache für die erhöhte Mortalität der Buche gewesen sein. Die Eichen an der Station sind hingegen nach wie vor vital.

Auch bei der Eiche spiegelt sich Wassermangel nicht unmittelbar im Zuwachsverlauf (Abbildung 3) des Trockenjahrs selbst wider. Allerdings wachsen die Eichen an den WKS im Vergleich zur Buche insgesamt ausgeglichener. In den trockenen Jahren nach 2018 zeigte sich die Eiche resilienter im Zuwachs, denn im Gegensatz zur Buche war der Grundflächenzuwachs an drei von vier Stationen bereits im Jahr 2020 wieder überdurchschnittlich. Auffällig ist, dass in Freising, der einzigen Station, an der beide Baumarten untersucht werden konnten, die Eiche in den Trockenjahren offensichtlich keinen Vorteil gegenüber der Buche hatte. Die Buche scheint sich hier nach wie vor im Optimum zu befinden. Bayernweit reagierte die Eiche in den Jahren 2004 und 2019 mit höheren Blattverlusten als im vorangegangenem Trockenjahr. Bei der Buche war dies zusätzlich auch im Jahr 2015 der Fall (Abbildung 4).

Keine Zuwachsreduktion im Trockenjahr, aber teilweise Zuwachsverluste und regelmäßig Kronenverlichtungen im Folgejahr – wie lässt sich dieses Verhalten erklären? Eine ganze Reihe an wissenschaftlichen Studien zeigen, dass Buche und Eiche ihre Spaltöffnungen auch bei abnehmender Wasserverfügbarkeit im Boden offenlassen (anisohydrisches Verhalten), somit also weiterhin Wasser an die Atmosphäre abgeben und Photosynthese betreiben (Klemmt 2023; Mathes et al. 2024; Pretzsch 2019; Roman et al. 2015; Leuschner et al. 2022). Solange noch Wasser im Boden verfügbar ist, können sie noch zuwachsen, riskieren zugleich aber Embolien – also einen Kollaps – des Leitungsgewebes. Diese Embolien können zu schwerwiegenden und sogar unumkehrbaren Schädigungen führen (Arend et al. 2022). Wassermangel führt bei Buche und Eiche also nicht nur zu einem vorzeitigen Abwerfen der Blätter, es hat auch Konsequenzen für das Folgejahr: Mit dem vorzeitigen Abwurf noch grüner Blätter stehen den Bäumen weniger Reservestoffe für das nächste Jahr zur Verfügung. Zudem verlieren die Bäume einen Teil ihres wasserführenden Leitungsgewebes durch Embolien. Pflanzenphysiologisch heißt das: Auch im Jahr nach der Trockenheit bauen sie weniger Blattmasse auf, wie es auch die Ergebnisse der WZE bestätigen. Nadelbäume wie Fichte und Kiefer hingegen schließen ihre Stomata bei Trockenheit sehr schnell und beenden damit den Transpirationssog und auch das Wachstum weitgehend (isohydrisches Verhalten) (Pretzsch 2019). Deshalb können wir bei ihnen häufig noch im selben Jahr deutliche Zuwachseinbußen sehen (vgl. Wellhausen 2020). In manchen Studien wird auch die Eiche als isohydrische Baumart eingestuft (Gu et al. 2015; Thomsen et al. 2020), denn sie scheint in der Lage zu sein, gegen Ende einer Trockenperiode ihre Spaltöffnungen aktiv zu schließen (Bonfils et al. 2013a). Zuvor kann es aber auch bei ihr zu Trockenschäden an den Blättern und zum Absterben ganzer Triebe kommen (Bonfils et al. 2013b). Daher wird der Eiche überwiegend ein anisohydrisches Verhalten nachgesagt (Leuschner et al. 2022; Yi et al. 2017; Roman et al. 2015; Klein et al. 2013; Sade et al. 2012).

Die Trockenheitstoleranz von Buchen und Eichen ist ein viel diskutiertes Thema. Die Daten des forstlichen Umweltmonitorings erlauben wertvolle Einblicke in die Reaktion der Bäume auf Witterung und weitere Umwelteinflüsse. Einzelne Trockenjahre hinterließen bei Buchen und Eichen an den meisten Waldklimastationen keine längerfristigen Spuren im Zuwachs. Die Jahre von 2018 bis 2020, die im langjährigen Vergleich alle trocken waren, führten bei der Buche allerdings zu einer leichten Zuwachsdepression mit anschließender Erholung im Jahr 2021. Die Ergebnisse der Waldzustandserhebung zeigten für einzelne Trockenjahre bei der Buche einen bayernweit erhöhten Blattverlust im Folgejahr. Auch bei der Eiche ist dieser Effekt nachweisbar, allerdings weniger stark ausgeprägt. Inwieweit das eher anisohydrische Verhalten zu einer unumkehrbaren Schädigung der Bäume führt oder eine grundlegende Erholung möglich ist, wird derzeit in Fachkreisen dis­kutiert. Erfreulicherweise zeigen sich bislang an der Mehrzahl der Buchen und Eichenstationen noch ausreichende Erholungsmechanismen.