Wie Bäume unterschiedlich auf Trockenheit reagieren

Wasserfluss zwischen Himmel und Erde

Bäume sind in ständigem Austausch mit dem Boden und der Atmosphäre. Wasser, das von den Wurzeln aus dem Boden aufgenommen wird, fliesst durch den Stamm und die Äste bis zu den Blättern. Dort findet die Transpiration statt – die Verdunstung des Wassers über kleine Poren, die sogenannten Stomata oder Spaltöffnungen. Doch wie hängt die Wasseraufnahme mit der Menge des verdunsteten Wassers pro Zeit (Transpirationsrate) zusammen? Welche Rolle spielt die Wurzeltiefe? Und was für Unterschiede gibt es zwischen den Baumarten?

Diese Fragen konnten nun im Waldlabor am Beispiel der Buche (Fagus sylvatica) und der Fichte (Picea abies) erstmals beantwortet werden - im Rahmen einer neuen Studie des Lehrstuhls Hydrologie und Wasserwirtschaft der ETH.

Das Trinkröhrli-Prinzip

Mit zunehmender Bodentrockenheit nehmen Bäume weniger Wasser über die oberflächennahen Wurzeln auf und nutzen stattdessen tiefere Wurzeln. Dies ist bei der Buche ausgeprägter als bei der flachwurzelnden Fichte. Die gesamte Wasseraufnahme des Baumes wird dadurch reduziert, und es entsteht ein starker Unterdruck in Stamm und Blättern. Dieses sogenannte negative Wasserpotential sorgt dafür, dass der Baum überhaupt Wasser aus dem Boden nachziehen kann, da dort das Wasserpotential höher ist und der Unterdruck geringer. Das funktioniert ähnlich wie bei einem Trinkröhrli: Durch das Saugen entsteht im Röhrli ein Unterdruck, sodass der höhere Umgebungsdruck die Flüssigkeit nach oben drückt.

Um die Mittagszeit bei hohen Temperaturen ist der Unterdruck in den Bäumen am grössten bzw. das Wasserpotential am niedrigsten, weil die Blätter dann wegen der hohen Transpirationsrate sehr viel Wasser benötigen. Die Buche kann diesen Mehrbedarf teilweise durch direkte Wasseraufnahme aus tiefen Bodenschichten kompensieren, während die Fichte sich durch das Schliessen der Spaltöffnungen vor Wasserverlust schützt.

Transpirieren oder Wasser sparen? - Zwei Überlebensstrategien

Mit ihrer Forschung im Waldlabor konnten Stefano Martinetti, Dr. Marius Floriancic und Kollegen aufzeigen, dass Buche und Fichte zwei unterschiedliche Strategien verfolgen, um mit zunehmender Trockenheit umzugehen.

Die Buche kann deutlich niedrigere Blatt-Wasserpotentiale erreichen (also einen höheren Unterdruck). Sie hält dadurch ihre Spaltöffnungen sehr lange offen und ermöglicht so die Transpiration über längere Zeit. Doch das hat seinen Preis: Buchen verbrauchen nicht nur mehr Wasser, sondern setzen die Wassersäulen in ihren feinen Leitgefässen zwischen Boden und Blättern auch unter enorme Saugspannung. Wird die Spannung zu gross, reissen die Wassersäulen. Dadurch bilden sich in den Gefässen irreversible Einschlüsse von Gasblasen (Kavitation), die den Wasserfluss unterbrechen und schliesslich zum Absterben von Ästen oder der ganzen Bäume führen können.

Im Gegensatz zur Buche setzt die Fichte auf Vorsicht: Sobald das Wasserpotential in den Blättern zu gering wird (also der Unterdruck zu hoch), schliesst sie die Spaltöffnungen. So spart sie Wasser und schützt sich vor Kavitation. Doch auch diese Strategie hat einen Haken: Ohne offene Spaltöffnungen kann die Fichte kein Kohlendioxid mehr aus der Atmosphäre aufnehmen – und damit kommt die Photosynthese, der Antrieb für Wachstum und Vitalität des Baumes, zum Erliegen. Aus diesem Grund haben risikofreudigere Baumarten wie die Buche oder auch die Eiche unter trockenen Bedingungen Vorteile gegenüber der Fichte. Doch bei länger anhaltenden Trockenperioden leiden sie unter Trockenstress und Kavitation.

Wälder anpassen, Zukunft sichern

Das Verständnis darüber, wie Bäume Wasser aufnehmen und auf Trockenheit reagieren, spielt eine zentrale Rolle im adaptiven Waldbau. Dieses Wissen hilft Försterinnen und Förstern künftig, Wälder gezielt an wärmere und trockenere Klimabedingungen anzupassen. Denn der Schlüssel zu widerstandsfähigen Wäldern liegt in der gezielten Förderung von Baumarten, die dem Klimawandel gewachsen sind.