Wasseraufnahme und artspezifische hydraulische Eigenschaften der Feinwurzeln von Buche, Eiche und Fichte: In situ-Messungen an Altbäumen

Abstract

1. Der Einsatz von Miniatursaftflußanlagen an 3-4 mm starken Wurzeln und die anschließende Bestimmung der Wurzeloberfläche erlaubte in der vorliegenden Untersuchung erstmals die direkte Bestimmung oberflächenspezifischer Wasseraufnahmeraten von Baumwurzeln unter in situ-Bedingungen am natürlichen Standort. Durch präzise Kalibrierung und eine modifizierte Berechnungsmethode konnten auch geringe Saftflußraten in den Wurzeln mitteleuropäischer Waldbäume gemessen werden. 2. Im Tagesgang war ein enger zeitlicher Zusammenhang zwischen der Wurzel- und Stammsaftflußrate zu beobachten. Die Wasseraufnahme ist also im SPAC eng an die Transpirationsrate gekoppelt. Synchrone Messungen an Zweigen, Stamm und Wurzel einer Buche ergaben bei guter Wasserversorgung eine zeitliche Verzögerung der Saftflußrate von jeweils nur etwa 5 min zwischen den Baumkompartimenten. 3. Verschiedene Wurzelstränge eines Baumes unterschieden sich in ihren Wasseraufnahmeraten um ein Vielfaches (Variationskoeffizient: 50-100 %). Tagesmaxima der Saftflußrate betrugen etwa 2-10 g h-1, was in der Tagessumme einer oberflächenspezifischen Wasseraufnahmerate von etwa 500-1000 g m-2d-1 entsprach. 4. Ein Vergleich der Wasseraufnahme von Buchenwurzeln an unterschiedlich wasserversorgten Standorten ergab leicht erhöhte oberflächenspezifische Aufnahmeraten am trockensten Standort. Hier wurde auch eine deutliche Tiefenverlagerung der Wasserschöpfung bei Trockenheit beobachtet. In zwei Fällen wurden an diesem Standort extrem kurz verzweigte Wurzelstränge mit Wasseraufnahmeraten bis zu 7000 g m-2 d-1 gefunden. Die Bedeutung solcher "high capacity roots" für die Wasserbilanz von Altbäumen konnte aufgrund fehlender weiterer vergleichbarer Befunde nicht abschließend geklärt werden. 5. Die anatomische Analyse von Buchen-, Eichen- und Fichtenschwach- und feinwurzeln vom Standort Lüneburger Heide ergab für alle Arten bereits direkt hinter der meist mykorrhizierten Wurzelspitze ein vollständig ausdifferenziertes Periderm; das Primärstadium der Wurzelentwicklung mit Stele, Endodermis, Cortex und Exodermis sowie einer apikalen Wurzelhaarzone konnte bei keiner Wurzel festgestellt werden. Der Vergleich der Peridermstärke und des Suberingehalts im Abschlußgewebe ergab signifikante Unterschiede zwischen den Arten in der Reihenfolge Eiche > Buche > Fichte. 6. Trotz bedeutender artspezifischer anatomischer Unterschiede wiesen die drei Baumarten beim direkten Vergleich ähnlich hohe in situ-Wasseraufnahmeraten am Standort Lüneburger Heide auf. Aus den gemessenen oberflächenspezifischen Flußraten und der Potentialdifferenz zwischen Wurzel und Boden wurden radiale Leitfähigkeiten (Lpr) berechnet, die erstaunlich gut mit den Ergebnissen von Laborexperimenten mit der Wurzeldrucksonde übereinstimmen, obwohl beiden Werten grundlegend verschiedene Methoden und Rahmenbedingungen zugrunde liegen. 7. Alle drei Baumarten besaßen deutlich höhere oberflächenspezifische Wasseraufnahmeraten in der organischen Auflage als im Mineralboden. Besonders bei rasch sinkenden Matrixpotentialen im grobporigen Mineralboden spielt die intensiv durchwurzelte organische Auflage am Sandstandort Lüneburger Heide eine bedeutende Rolle im Wasserhaushalt der Bäume. 8. Bei Freilandexperimenten wurde durch Dekapitation einzelner Wurzeln der radiale Wurzelwiderstand ausgeschaltet. Der dadurch stets induzierte rasche Anstieg der Flußrate um etwa das 10-fache läßt darauf schließen, daß der radiale Wurzelwiderstand bedeutend größer ist als der axiale Widerstand im Xylem. 9. Bewässerungsexperimente während einer Trockenperiode am Standort Lüneburger Heide bewirkten einen sofortigen Wiederanstieg der Wurzelsaftflußrate. Eine irreversible Schädigung der Feinwurzeln durch Trockenheit ist also nicht zu vermuten. Mögliche Embolien im Xylem der Feinwurzeln konnten offenbar binnen kurzer Zeit behoben werden. 10. Zusammenfassend läßt sich folgern, daß die Kombination der Saftflußmessung an dünnen Baumwurzeln mit der anschließenden Bestimmung der aufnehmenden Oberfläche bzw. Biomasse ein großes Potential für die weitere experimentelle Untersuchung des Wasserflusses in Baumwurzelsystemen unter in situ-Bedingungen am natürlichen Standort bietet.