Wald + Landschaft an der ETHZ · Forêt + paysage à l’EPFZ: Kennen Bäume die Bodenphysik?

Das Baumwachstum ist eng mit der Verfügbarkeit von Wasser verbunden. Die zunehmende Häufigkeit und Intensität von Trockenheitsereignissen führt zu einem eingeschränkten Wachstum und kann in Extremfällen zu weit verbreitetem Absterben führen. Trockenheit führt zu einem Anstieg des Wasserbedarfs bei höheren Temperaturen in der Atmosphäre. Andererseits verringern der erhöhte Transpirationsbedarf und möglicherweise geringere Niederschlagsmengen die Verfügbarkeit von Bodenwasser. Beide Prozesse verkleinern das Wasserpotenzial in den Pflanzengeweben. Die Folgen sind eine höhere Spannung im Xylem und eine geringere Turgidität in den Blattzellen. All diese Faktoren sind der Schlüssel zum Verständnis der Reaktion des Waldes auf Trockenheit. Damit beschäftigt sich die Gruppe «Physik der Böden und terrestrischen Ökosysteme» (POSE).

Pflanzen können den Wasserhaushalt der Blätter trotz der variablen Bedingungen in der Atmosphäre und im Boden konstant halten. Im Tagesverlauf regulieren Stomata das Wasserpotenzial. Auf der saisonalen Skala muss die Regulierung des Wasserverbrauchs mit der Wasserverfügbarkeit im Boden übereinstimmen, die sowohl vom Klima als auch von den lokalen physikalischen Bodeneigenschaften abhängt. Offen ist, welche Arten inwieweit ihre hydraulischen Eigenschaften und ihr stomatäres Verhalten auf die lokalen Bodeneigenschaften abstimmen können.

Wir untersuchen diese hypothetische Anpassung der Bäume an den Boden an diversen Standorten im Wallis – und zwar bei Eichen, Fichten und Föhren, die auf verschiedenen Böden wachsen. Diese unterscheiden sich stark in Bezug auf den Gesteinsgehalt, die Textur und die Tiefgründigkeit (Walthert et al 2024). Im Laufe der kommenden zwei Jahre werden Resultate zu den Unterschieden erwartet: zwischen den Arten mit anisohydrischen Strategien, mit denen sie grössere Spannungen ertragen können, und jenen Arten mit isohydrischen Strategien, die deswegen möglicherweise in gemischten Beständen weniger konkurrenzfähig sind.

Trotz der Universalität des Wasserverbrauchs von Bäumen ist das kritische Blattwasserpotenzial, bei dem sich die Spaltöffnungen schliessen (–1,3 MPa), bei allen Arten und Böden erstaunlich konstant. Kleine Schwankungen dieser Schwellenwerte und der Bodeneigenschaften haben tiefgreifende Auswirkungen auf den Wasserstress und das Sterberisiko von Bäumen. Daher ist es wichtig, zu verstehen, welche hydraulischen Eigenschaften der Pflanzen effizient und sicher mit den lokalen Bodeneigenschaften zusammenpassen. Diese Fragen sind wichtig im Zusammenhang mit dem Klimawandel und der Veränderung der Waldzusammensetzung.

Die Gruppe POSE stellt das konzeptionelle und methodische Instrumentarium zur Interpretation der Wasserverhältnisse in Böden und Pflanzen bereit. In den Kursen «Environmental Soil Physics/Vadose Zone Hydrology» und «Soil-Plant Water Relations» werden die Prinzipien der Wasserspeicherung und des Wasserflusses in Böden und Pflanzen eingeführt und im Kontext nationaler und globaler Herausforderungen diskutiert. Messungen des Bodenwassergehalts und -potenzials, des Blattwasserpotenzials und der Transpirationsrate vom Blatt bis zur Biomebene sowie der dynamischen Eigenschaften der Böden sind für die Entwicklung von Vorhersagemodellen von zentraler Bedeutung und werden in der Lehrveranstaltung «Environmental Measurement Laboratory» behandelt. Im Fokus von Forschungsprojekten mit Doktorierenden und Studierenden stehen Fragen zur Bodengesundheit, zur Anpassung von Bäumen an unterschiedliche Umweltbedingungen und zu den Ursachen von Wasserstress bei Pflanzen. Zusammenhänge zwischen den unter- und oberirdischen Komponenten von Wasser in Wäldern und terrestrischen Ökosystemen sind das Ziel dieser Forschung.