Fine root dynamics in broad-leaved deciduous forest stands differing in tree species diversity

Abstract

Der Einfluss der Artenvielfalt auf Ökosystemfunktionen in Wäldern findet zunehmende Beachtung. Die große Mehrheit der Untersuchungen konzentrierte sich bisher auf oberirdische Prozesse, während systematische Analysen zu den Auswirkungen der Baumartenvielfalt auf die Wurzelsysteme noch nicht vorliegen. In der vorliegenden Studie wurden die Baumfeinwurzelsysteme in 12 Laubbaumbeständen im Nationalpark Hainich (Thüringen, Deutschland) untersucht. Es wurden folgende Hypothesen getestet: (i) die Feinwurzelbiomasse eines Waldbestandes steigt mit zunehmender Baumartenanzahl an, (ii) Mischbestände führen zu einer räumlichen Trennung von den Feinwurzelsystemen der unterschiedlichen Baumarten, (iii) saisonale Schwankungen der Feinwurzelmasse sind in baumartenarmen Beständen ausgeprägter als in baumartenreichen Wäldern und (iv) die Produktivität des Feinwurzelsystems steigt mit zunehmender Baumartenanzahl an und die Resilienz (i.e. die Fähigkeit zur Erholung nach einer Störung) verbessert sich. Die 12 untersuchten Flächen bestehen aus Buchenbeständen, 3-Art-Beständen (Buche, Esche, Linde) und 5-Art-Beständen (Buche, Esche, Linde, Ahorn, Hainbuche). Die Feinwurzeln wurden anhand morphologischer Charakteristika (Oberflächenstruktur, Farbe und Verzweigungsmuster der Feinwurzeln) den unterschiedlichen Baumarten zugeordnet. An 24 Probepunkten pro Bestand wurden die lebende und die tote Feinwurzelfraktion und ihre räumliche Verteilung aufgenommen. Zusätzlich wurden morphologische Untersuchungen (Durchmesser, Oberfläche, Spitzenanzahl) an den Feinwurzeln der unterschiedlichen Baumarten durchgeführt. Während eines Zeitraums von 12 Monaten wurden die saisonalen Schwankungen der Feinwurzelmasse aufgezeichnet. Aus diesen Ergebnissen wurde mit Hilfe zweier unabhängiger Methoden (ingrowth core, sequential coring) die Feinwurzelproduktivität errechnet. Die Feinwurzelbiomasse schwankte zwischen 440 g m-2 in den Buchenbeständen bis hin zu 480 g m-2 in den 5-Art-Beständen. In den ersten 20 cm des Mineralbodens konzentrierten sich 63-77 % der gesamten Feinwurzelbiomasse. Bei allen Baumarten sank die Feinwurzeldichte (Biomasse pro Bodenvolumen) exponentiell mit zunehmender Bodentiefe. Eine räumliche Trennung von den Feinwurzelsystemen der unterschiedlichen Baumarten in den Mischbeständen wurde nicht gefunden. Die Feinwurzelmorphologie der einzelnen Baumarten zeigte deutliche Unterschiede. Die gesamte Feinwurzeloberfläche und die Wurzelspitzenanzahl in den Beständen unterschieden sich allerdings nicht signifikant. Die Analyse von 360 Einwuchszylindern (ingrowth cores) zeigte, dass das Feinwurzelwachstum von 72 g m-2 yr-1 in den 1-Art-Beständen auf 166 g m-2 yr-1 in den 5-Art-Beständen anstieg. Dieses Ergebnis weist auf eine schnellere Erholung der Feinwurzelsysteme in den Mischbeständen hin. Auch die Produktionsberechnung mit der Sequential-Coring-Methode zeigte, dass die Feinwurzelproduktion im 5-Art-Bestand dreimal höher war als im Reinbestand. Die Saisonalität des Feinwurzelwachstums war in den Reinbeständen nicht ausgeprägter als in den Mischbeständen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen kein overyielding (im Sinne einer höheren Feinwurzelbiomasse) in den Mischbeständen erkennen. Es finden sich erste Hinweise auf eine schnellere Feinwurzelregeneration nach einer Bodenstörung in den Mischbeständen im Vergleich zu den Buchenreinbeständen. Die Baumartenbestimmung anhand von Feinwurzeln eröffnet neue Perspektiven für weitere Studien über die Beeinflussung der Feinwurzeldynamik durch unterschiedliche Baumarten.