Die Wasseraufnahme durch die Buchenwurzeln

Ergebnisse der Untersuchung mit der heat balance Methode Die Xylem-saftflußrate in Baumwurzeln ist im zeitlichen Verlauf eng mit der StammXylem-saftflußrate und damit der Transpirationsrate der Baumkrone korreliert. Als treibende Kraft für die Wasseraufnahme kann daher die Potentialdifferenz zwischen dem Boden und der Atmosphäre angesehen werden. Ein direkter Vergleich der Wasseraufnahmeraten von Buchenwurzeln an räumlich weit getrennt liegenden Standorten ist daher aufgrund

un-terschiedlicher Witterungsänderungen im Tagesverlauf nicht möglich. Dagegen war die zeitliche Dynamik der Tageswerte von Sättigungsdefizit und Globalstrahlung trotz der großen Distanz weitgehend synchron. Daher erscheint es sinnvoll, die Tagesraten der Wasseraufnahme für Vergleiche zwischen den 3 Standorten heranzuziehen. Der Einfluß geringer regionalklimatisch bedingter Abweichungen wird weiterhin durch die Betrachtung von Mittelwerten über den Zeitraum von mehreren Tagen minimiert.

Angesichts der geringen Transpirationseinschränkung der Buche entlang des Feuch-tegradienten der 3 untersuchten Standorte und der deutlich kleineren Wurzelbiomasse am trockensten Standort im Ziegelrodaer Forst waren deutliche Unterschiede in der Wasseraufnahmeeffizienz zu erwarten. Tatsächlich entsprach beim direkten Vergleich der Standorte in einer Periode mit hohen Bodenwassergehalten und geringer atmo-sphärischer Transpirationsbeanspruchung (Anfang Juli 1998) die oberflächenspezifi-sche Wasseraufnahmerate der Reihenfolge Ziegelrodaer Forst > Lüneburger Heide >

Solling (390, 240 bzw. 200g m⁻²d⁻¹).

Ein verändertes Bild bot sich hingegen in der ersten längerfristigen Schönwetterpe-riode des Sommers 1998. In der zweiten Julihälfte reagierten die Buchenwurzeln auf das erhöhte Sättigunsgsdefizit der Luft mit einem deutlichen Anstieg der oberflächen-spezifischen Wasseraufnahmerate. Dieser Anstieg war im Solling wesentlich steiler als an den anderen beiden Standorten, so daß die oberflächenbezogene Wasseraufnahme-rate hier der Reihe Solling > Ziegelrodaer Forst > Lüneburger Heide entsprach. Der Boden war zu dieser Zeit in der Lüneburger Heide und im Solling noch nahezu was-sergesättigt (Ψ> 100 hPa), während im Ziegelrodaer Forst bereits deutlich abgesenkte Wasserpotentiale gemessen wurden. Es liegt also der Schluß nahe, daß die Buchen im Solling auf das erhöhte VPD mit nahezu uneingeschränkter Transpiration reagieren, während im Ziegelrodaer Forst bereits ein milder Trockenstreß zu einer Limitierung der Transpirationsrate führt.

Bedeutung verschiedener Bodenhorizonte für die Wasseraufnahme An den Standorten Lüneburger Heide und Solling waren im Verlauf der Vegetationsperi-ode 1998 zwischen der organischen Auflage und dem MineralbVegetationsperi-oden kaum Unterschie-de in Unterschie-der oberflächenspezifischen Wasseraufnahmerate zu erkennen. Dies ist vornehm-lich auf das hohe Wasserangebot im Jahr 1998 zurückzuführen, wie der Vergleich mit dem sehr trocken-warmen Jahr 1999 am Standort Lüneburger Heide zeigt. Dort wur-den in der Vegetationsperiode 1999 beim Vergleich der Wasseraufnahme von Buche, Eiche und Fichte bei jeder untersuchten Baumart deutliche höhere Wasseraufnahmera-ten in der organischen Auflage als im Mineralboden gefunden (s. Kap. 5.3.2). In jenem sehr trockenen Jahr war offenbar das Wasserpotential in der organischen Auflage we-niger stark abgesunken als im Mineralboden, so daß die Buche den Großteil des tran-spirierten Wassers aus der Auflage schöpfte. Im kühl-feuchten Jahr 1998 hingegen war die Saugspannung des Mineralbodens so gering, daß hier ähnlich hohe Wasseraufnah-meraten möglich waren wie bei den Wurzeln der organischen Auflage. Ein ähnliches Verhältnis zwischen den beiden Jahren mit deutlich verschiedener Witterung war bei

der Eiche zu beobachten. Unter Trockenstreß (1999) nahmen die Auflagewurzeln der Eiche wesentlich mehr Wasser pro Wurzeloberfläche auf als diejenigen im Mineralbo-den (bis 1 m Tiefe); bei guter Wasserversorgung und geringer Transpirationsbeanspru-chung im Jahr 1998 traten hingegen kaum Unterschiede zwischen den Horizonten auf (Korn, 1999).

Im Ziegelrodaer Forst hingegen war die Aufnahmerate der Wurzeln im Mineral-boden deutlich höher als in der organischen Auflage. Dies unterstreicht die große Be-deutung der organischen Auflage für den Wasserumsatz von Wäldern (Schaap, 1996).

Dieses Substrat zeichnet sich durch eine hohe Wasserspeicherkapazität und ein gleich-mäßiges Absinken des Wasserpotentials bei sinkendem Wassergehalt aus (Leuschner, 1998). Weiterhin ist dieser Horizont direkt an den Austauschprozessen mit der Atmo-sphäre in Form von Niederschlägen und der Evaporation beteiligt. Modellrechnungen für den Bestand in der Lüneburger Heide ergaben, daß etwa ein Drittel des gesamten Wasserumsatzes aus der organischen Auflage bestritten werden (Leuschner, 1998).

Dem Buchenwald im Ziegelrodaer Forst steht eine deutlich geringere organische Auflage (ca. 3 cm gegenüber 10 bzw. 12 cm in der Lüneburger Heide bzw. im Solling) als Wasserspeicher zur Verfügung. Die schnelle Entleerung dieses Reservoirs zeigt der Jahresgang des Wassergehalts in der organischen Auflage 1996 (Strobel, 1997).

Gegenüber 50 vol% im Frühling lag hier der Wassergehalt während der ganzen Vege-tationsperiode bei 4-13 vol% und stieg erst im Oktober wieder an. In der Lüneburger Heide hingegen sank der Wassergehalt der organischen Auflage selbst im trockenen Jahr 1992 kaum unter 20 vol% (Leuschner, 1998). Mögliche Ursachen für die deut-lich geringeren Wassergehalte in der organischen Auflage am Standort Ziegelrodaer Forst sind (i) die geringere Mächtigkeit, (ii) eine höhere Evaporation durch höhere Temperaturen und Sättigungsdefizite und (iii) eine frühzeitige Entleerung dieses Was-serspeichers durch die Wurzeln.

Aufgrund dieser geringen Wasserverfügbarkeit in der organischen Auflage sind die Buchen im Ziegelrodaer Forst also auf eine vermehrte Wasseraufnahme aus tieferen Bodenhorizonten angewiesen. Hier ist eine Anpassung des Wurzelsystems der Buche an die bodenhydrologischen Eigenschaften dieses Standorts zu erkennnen. Wie die Ergebnisse der Saftflußmessungen belegen, waren die oberflächenspezifischen Was-seraufnahmeraten der Mineralbodenwurzeln höher als diejenigen der Auflagewurzeln.

Die oberen Mineralbodenhorizonte sind an diesem Standort ebenfalls intensiver durch-wurzelt. Diese Eigenschaften der Buchenwurzeln im Ziegelrodaer Forst stehen im Ein-klang mit der Beobachtung, daß der Boden in einer Tiefe von 30 cm über ausgedehnte Zeiträume am stärksten austrocknete.

„High capacity roots“ In der zweiten Meßperiode des Jahres 1998 wurde im Ziegelrodaer Forst bei 2 Wurzeln eine auffallend hohe oberflächenspezifische Wasser-aufnahmerate festgestellt. Die querschnittsbezogenen Saftflußraten waren denen be-nachbarter Wurzeln etwa vergleichbar. Bei der Freilegung nach Abschluß der Saftfluß-messung stellten sich diese Wurzeln jedoch als extrem kurz verzweigt heraus und

besa-ßen eine deutlich geringere Gesamtoberfläche als die simultan untersuchten Wurzeln.

Das große oberflächenspezifische Wasseraufnahmevermögen ist also nicht auf hohe Flußraten, sondern auf eine sehr kleine aufnehmende Oberfläche zurückzuführen. Bei-de Wurzeln wiesen recht steil abwärts und enBei-deten in Bei-der Nähe Bei-des Stamms (ca. 50 cm) in etwa 50 cm Bodentiefe mit einem kurzen, strauchartigen Verzweigungsmuster. Sol-che abwärtsgerichteten „krähenfußartigen“ Verzweigungen (Steinmeyer, 1988) wur-den auch bei der Untersuchung des Grobwurzelsystems von Buchen und Eichen in der Lüneburger Heide unterhalb des Stammes gefunden (Coners, 1996). Basierend auf diesen Befunden wurde im folgenden Jahr beim Vergleich der Wasseraufnahme von Buchen, Eichen und Fichten versucht, solche kurz verzweigten Wurzeln ebenfalls für diesen Standort nachzuweisen. Jedoch erwies sich in allen Fällen der Boden in Stamm-nähe, vor allem bei Buche und Eiche, als zu dicht durchwurzelt, um solche Wurzeln störungsfrei herauspräparieren zu können. Ob die beiden Funde im Ziegelrodaer Forst eine zufällige Häufung darstellen und welche Bedeutung solche „high capacity roots“

für die Wasserversorgung der Bäume haben, kann anhand dieser Untersuchung nicht abschließend geklärt werden. Auch bleibt offen, wie diese Wurzeln, die nur ein klei-nes Bodenvolumen erschließen, mit Wasser versorgt werden. In Stammnähe wäre eine verbesserte Wasserzufuhr durch den Stammablauf möglich.

5.3 Baumarten-Unterschiede in der Wurzelwasseraufnahme

5.3.1 Ökologische Ansprüche der Buche, Eiche und Fichte bezüglich