Aboveground and belowground response of European beech to drought: field studies and experiments

Abstract

Die prognostizierte globale Klimaerwärmung wird Konsequenzen für den Wasserkreislauf der Biosphäre haben. Für Deutschland wird eine Verschiebung der saisonalen Niederschlagsverteilung prognostiziert, die zu reduzierten Regenmengen im Sommer und Anstiegen im Winter führen wird. Die berechnete Geschwindigkeit dieser Klimaänderungen wird aber die Migrations- oder Sukzessionsraten von Pflanzen vermutlich bei weitem übersteigen. In Deutschland ist die ökonomisch wichtigste Laubbaumart die Rotbuche (Fagus sylvatica L.). Obwohl die Buche eine spät-sukzessionale Baumart ist, die hinsichtlich der bodenchemischen und -hydrologischen Bedingungen als anpassungsfähig gilt, wird F. sylvatica als trockenheitsempfindlicher als andere Laubbäume aus der gemäßigten Zone eingestuft. Zunehmende Trockenheit im Sommer könnte daher die Vitalität von F. sylvatica einschränken. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss von Trockenheit auf die Rotbuche untersucht. Im Mittelpunkt standen dabei diejenigen Pflanzenoberflächen, die die Wasseraufnahme und –abgabe des Baumes regeln: Die Feinwurzeln und die Blätter. Ziele dieser Studie waren (1) die Untersuchung von langfristigen Anpassungsreaktionen an geringe Bodenfeuchte in Buchenaltbeständen entlang eines steilen Niederschlagsgradienten und (2) die Differenzierung zwischen phänotypischer Plastizität und genotypischer Variabilität bei der Trockenheitsantwort von Buchenjungpflanzen in einem common garden-Experiment. Überraschenderweise reagierten die Blätter der Buchenaltbäume entlang des Transektes auf eine starke Abnahme des jährlichen Niederschlages mit einer Zunahme der Blattfläche und sogar mit einer Zunahme des Blattflächenindexes (LAI). Die Erklärung für diese überraschende Trockenheitsantwort der Rotbuche liegt teilweise in der Phänologie dieser Art: Die Blattproduktion ist zeitlich abgekoppelt von der Sommertrockenheit. Das Verhalten von F. sylvatica, trotz längerer Trockenperioden im Sommer einen hohen LAI aufrecht zu erhalten, unterstützt die Strategie dieses spät-sukzessionalen Baumes, Konkurrenten durch einen hohen Schattenwurf auszuschalten. Die Optimalitätstheorie der pflanzlichen Ressourcennutzung sagt für Bedingungen von Wassermangel ein verstärktes Wurzelwachstum voraus; dies konnte für die Rotbuche weder im Freiland noch im Jungpflanzen-Experiment bestätigt werden. Im Gegenteil, die Buche reduzierte bei Trockenstress aufgrund einer verkürzten Wurzellebensdauer und einer reduzierten Neubildungsrate der Wurzeln die Feinwurzelbiomasse sogar um ein Drittel. Die feinsten Wurzeln wurden schnell abgeworfen, um ihre Erhaltungskosten zu reduzieren und so die Gesamtproduktivität des Baumes zu maximieren. Obwohl Blätter und Feinwurzeln Organe desselben Organismus sind, passen sich die ober- und unterirdischen Organe der Buche mit grundlegend unterschiedlichen Strategien an Sommertrockenheit an: Die ohnehin recht geringe genetische Variabilität zwischen verschiedenen Rotbuchenpopulationen beeinflusst wichtige Blattmerkmale. Für die Trockenheitstoleranz der Buche ist jedoch wahrscheinlich die hohe phänotypische Plastizität des Feinwurzelsystems von erheblicher Bedeutung: Expansives Wurzelwachstum bei günstigen Bodenverhältnissen, reduzierte Feinwurzellebensdauer und erhöhter Umsatz bei Trockenheit und die Fähigkeit, die Wasserversorgung auch mit einer stark reduzierten Feinwurzelmasse zu gewährleisten.