Physiologische, anatomische und chemische Aspekte der Regulation der Wurzelwasseraufnahme bei Rotbuche, Kiefer und Birke auf zwei unterschiedlich wasserversorgten Standorten

Abstract

1. An drei forstwirtschaftlich und ökologisch bedeutenden Baumarten (Rotbuche, Hängebirke, Waldkiefer) wurden oberflächenbezogene Wurzelwasseraufnahmeraten mit Miniatursaftflusssystemen nach der heat balance Methode gemessen. Die Untersuchungen fanden in einer trockenen Vegetationsperiode 2003 und einer feuchten Vegetationsperiode 2004 auf zwei unterschiedlich wasserversorgten Standorten in situ an Altbäumen statt.2. Es sollte geklärt werden, wie sich die Feinwurzeln der relativ trockenheits-empfindlichen Buche sowie der relativ trockenheitstoleranten Arten Birke und Kiefer hinsichtlich ihrer physiologischen, morphologischen, anatomischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden und ob die Baumarten in der Lage sind, ihr Feinwurzelsystem an trockene Standorte anzupassen, um eine ausreichende Wasserauf-nahme zu gewährleisten.3. Die oberflächenbezogenen Wurzelwasseraufnahmeraten zeigten eine große zeitliche Variabilität, verursacht hauptsächlich durch Witterungseinflüsse wie VPD und Global-strahlung und weniger durch den Bodenwassergehalt.4. Am trockeneren Standort wurden bei allen drei Baumarten höhere oberflächen-bezogene Wasseraufnahmeraten im Wurzelsystem gemessen als am deutlich feuchteren Standort. Diese sind vornehmlich auf höhere VPD-Werte und einen höheren Wasser-potenzialgradienten im Baum zurückzuführen.5. Unter vergleichbaren Umweltbedingungen wiesen die Wurzeln der drei Baumarten deutlich unterschiedliche oberflächenbezogene Wasseraufnahmeleistungen auf, die sich um den Faktor 2-10 unterschieden. Die Kiefer erreichte mit >2000 g H2O m-2d-1 weit höhere Raten als die Birke (ca. 1000 g H2O m-2d-1). Bei der Buche lagen die Werte meist deutlich unter 500 g H2O m-2d-1. Aus diesen Ergebnissen kann man die Schlussfolgerung ziehen, dass Baumarten mit relativ hoher Feinwurzelbiomasse und -oberfläche (Buche) geringere spezifische Aufnahmeraten erreichen als Baumarten mit kleiner Feinwurzelbiomasse wie die Kiefer.6. Im trockenen Sommer 2003 senkten alle drei Baumarten ihr Wurzelwasserpotenzial am stärksten ab. Die Kiefer wies in ihren Wurzeln stets das am wenigsten negative Potenzial auf, die Birke das negativste. Die Buche nahm in der Regel eine Mittelstellung ein, fiel aber am trockenen Standort durch eine spätsommerliche Absenkung ihres Wurzelwasserpotenzials auf.7. Die starken saisonalen und interannuellen Unterschiede der Wasseraufnahme können gut mit den Schwankungen der Wurzelwasserpotenziale erklärt werden. Hier wies die Kiefer trotz geringer Potenzialabsenkung die höchsten Aufnahmeraten auf. Daraus wird geschlossen, dass die Kiefer eine höhere radiale Leitfähigkeit besitzt als Buche oder Birke. Diese Vermutungen sollten jedoch noch durch Laborversuche überprüft werden.8. Zu tendenziellen Unterschieden kam es in der Anzahl der Peridermschichten und des Gesamtsuberingehaltes zwischen den Wurzeln der drei Arten. Die trockenheitstolerante Kiefer wies hierbei die geringsten Suberingehalte in ihrem sekundären Wurzelgewebe auf. Hohe Suberingehalte sind also offenbar nicht korreliert mit einer Trockenheitsanpassung. Die Anzahl der Peridermschichten in den Feinwurzeln steht vermutlich in keiner Beziehung zur Trockenheit des Standortes. Allerdings können die signifikant höheren Suberingehalte pro Peridermschicht im trockenen Sommer 2003 bei Buchen- und Birkenwurzeln am trockenen Standort als Anpassung an den trockenen Boden interpretiert werden.9. Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass sich die Feinwurzeln mitteleuropäischer trockenheitstoleranter und trockenheitsempfindlicher Baumarten hinsichtlich ihrer Anatomie und ihres Suberingehaltes nicht systematisch unterscheiden. Einzelne Suberinkomponenten könnten jedoch als Biomarker für die Feinwurzeln bestimmter Baumgattungen oder -arten gelten. Als deutlichste Antwort auf Trockenheit zeigten die Baumarten ein zum Teil starkes Absenken des Wasserpotenzials in ihren Wurzeln. Die Wurzelwasseraufnahme am natürlichen Standort ist also hauptsächlich durch den Potenzialgradienten Wurzelxylem-Boden gesteuert.