4.2 Vergleich der Wasseraufnahme von Buchenwurzeln auf drei unterschiedlich wasserversorgten Standortendrei unterschiedlich wasserversorgten Standorten
4.2.5 Wasseraufnahme durch die Wurzeln
4.2.5.1 Wasseraufnahme im Verlauf der Vegetationsperiode 1998
Querschnittsflächenbezogene Saftflußraten (Saftflußdichten) Wie die Stammsaftflußrate unterlagen die Tageswerte der Saftflußdichte in den Wurzeln witte-rungsbedingten Schwankungen (Abb. 4.15). Hierbei folgten stets alle zeitgleich unter-suchten Wurzeln eines Bestandes einem parallelen Verlauf. Selbst in den bis zu zwei-monatigen Untersuchungszeiträumen kam es so gut wie nie zu Überschneidungen der Kurvenverläufe zweier Wurzeln. Vergleicht man an einzelnen Tagen die Saftflußdichte verschiedener benachbarter Wurzeln, so ergibt sich eine große Spannweite der Werte, die oft einem Variationskoeffizienten von über 100% entsprechen.
An allen Standorten wurden periodisch Maximalwerte um 10 g mm−2d−1 in ein-zelnen Wurzeln erreicht. Die Flußdichte in den Schwach- und Feinwurzeln lag also zumindest in derselben Größenordnung wie im Stamm der untersuchten Bäume (s.
Abb. 4.13). Tendenziell scheinen allerdings in den Wurzeln höhere Flußdichten (auf allen Flächen kurzfristig bis zu 15g mm−2d−1) als im Stamm aufzutreten (Maxima bei 8g mm−2d−1). Herausragend ist die Wurzel 6 der organischen Auflage in der Lüne-burger Heide, in der während der Schönwetterperiode Anfang August Saftflußdichten bis zu 35g mm−2d−1gemessen wurden.
Sieht man von diesem Spitzenwert ab, sind für die Lüneburger Heide kaum hori-zontspezifische Unterschiede in der Saftflußdichte der Wurzeln zu erkennen. Dies gilt auch für den Solling. Im Ziegelrodaer Forst dagegen wurde im Mineralboden eine größere Zahl von Wurzeln mit höherer Saftflußdichte als in der organischen Auflage gefunden.
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Sap flow density [g mm-2 d-1]
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Jun Jul Aug Sep Oct
1998
Jun Jul Aug Sep Oct
1998
Abb. 4.15:Tageswerte der Saftflußdichte in 3-4 mm starken Buchenwurzeln der Standorte Sol-ling, Lüneburger Heide und Ziegelrodaer Forst, gemessen in der Vegetationsperiode 1998. Als Bezugsgöße dient jeweils die gesamte Xylemquerschnittsfläche am Meßpunkt. Die jeweiligen Meßperioden (Mp1, MP2) sind durch vertikale Linien angedeutet.
Eine deutliche witterungsbedingte Variabilität der Saftflußdichte wurde nur bei den Wurzeln der Lüneburger Heide gefunden: Wie bereits erwähnt, fällt hier besonders Wurzel 6 in der organischen Auflage auf, aber auch Wurzel 2 im Mineralboden wies in der Schönwetterperiode im August deutlich erhöhte Saftflußdichten auf. Während für den Standort Solling für diese Periode keine Daten vorliegen, war im Ziegelrodaer Forst, also an dem Standort mit der ausgeprägtesten Variation der Bodenfeuchtever-hältnisse (s. Abb. 4.12), keine so deutlich ausgeprägte Saisonalität zu erkennnen.
Oberflächenspezifische Wasseraufnahmeraten Die Berechnung oberflächen-spezifischer Wasseraufnahmeraten aus den gemessenen Saftflußraten und den Wurze-loberflächen ergibt ein deutlich anderes Bild beim Vergleich der Standorte und der Horizonte als bei Betrachtung der Saftflußdichten (Abb. 4.16). Hier fallen mit Werten bis zu 7000g m−2d−1 besonders die hohen Aufnahmeraten der Mineralbodenwurzel 1 aus der zweiten Meßperiode im Ziegelrodaer Forst auf. Dies ist bei einer gegebenen Saftflußdichte von 3-5g mm−2d−1 auf die extrem kleine Oberfläche von 54cm2 des betreffenden Wurzelstrangs zurückzuführen. Ähnlich hohe Werte wurden in der ersten Meßperiode von Wurzel 4 im Mineralboden erreicht. Diese verfügte mit 37cm2sogar über eine noch geringere Gesamtoberfläche. Am Standort Ziegelrodaer Forst fand sich auch eine der wenigen Ausnahmen bezüglich des Verhältnisses zwischen den Flußra-ten zeitgleich untersuchter Wurzeln: Nahm diese Wurzel im Juni noch deutlich mehr Wasser auf als die anderen, so lag sie zum Ende der Meßperiode Mitte August mit etwa 1000g m−2d−1 zwischen den Werten der anderen Wurzeln. Hier kommt es also im zeitlichen Verlauf zu einer Überschneidung mit dem Kurvenverlauf benachbarter, synchron untersuchter Wurzeln.
Im Verhältnis zu den Wurzeln des Mineralbodens nahmen im Ziegelrodaer Forst die Auflagewurzeln deutlich weniger Wasser pro Oberfläche auf. Über den gesamten Untersuchungszeitraum im Sommer 1998 wurden Aufnahmeraten von 1000g m−2d−1 kaum überschritten. In dieser Größenordnung lagen auch die in der Lüneburger Heide untersuchten Wurzeln. An diesem Standort waren auch keine nennenswerten Unter-schiede zwischen den Wurzeln der organischen Auflage und des Mineralbodens zu beobachten.
Der Standort Solling nimmt bezüglich der oberflächenspezifischen Wasseraufnah-meraten eine Mittelstellung ein. Einzelne Wurzeln im Mineralboden erreichten in der zweiten Junihälfte Tageswerte von bis zu 3500g m−2d−1 , also etwa doppelt so viel wie diejenigen in der Lüneburger Heide. Auch waren auf dieser Untersuchungsflä-che höhere Aufnahmeraten aus dem Mineralboden als aus der organisUntersuchungsflä-chen Auflage zu verzeichnen. Allerdings wiesen bei den Freilegearbeiten drei der fünf installierten Oberflächenwurzeln große Anteile in tieferen Horizonten auf, so daß nur zwei Wur-zelstränge ausschließlich der organischen Auflage zugeordnet werden konnten.
Vergleich der Standorte in 2 Perioden mit unterschiedlicher Witterung Der direkte Vergleich der oberflächenspezifischen Wasseraufnahmerate anhand von
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Surface-specific flow [g m-2 d-1]
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Jun Jul Aug Sep Oct
1998
Jun Jul Aug Sep Oct
1998
Abb. 4.16: Oberflächenspezifische Wasseraufnahmeraten (Tageswerte) von 3-4 mm starken Buchenwurzeln der Standorte Solling, Lüneburger Heide und Ziegelrodaer Forst, gemessen in der Vegetationsperiode 1998. Die Aufnahmeraten wurden jeweils für den gesamten hinter der Meßstelle befindlichen Wurzelstrang, also für alle Durchmesserklassen zwischen 0 und ca. 4 mm berechnet. Die jeweiligen Meßperioden (Mp1, MP2) sind durch vertikale Linien angedeutet.
Mittelwerten über 11 bzw. 4 Tage im Juli 1998 ergibt keine signifikanten Unterschiede zwischen den 3 untersuchten Standorten (Tab. 4.2). In der ersten Periode vom 3. bis zum 13. Juli war die atmosphärische Transpirationsbelastung gering und die Wasser-verfügbarkeit im Boden hoch. Einzig am Standort Ziegelrodaer Forst wurde in 30 cm Bodentiefe bereits an diesem Termin ein Matrixpotential von -343 hPa gemessen. Die mittlere oberflächenspezifische Wasseraufnahme entsprach in dieser Periode der Folge Ziegelrodaer Forst > Lüneburger Heide > Solling.
Tabelle 4.2:Bodenfeuchte, Witterung und oberflächenspezifische Wurzelsaftflußrate an 2 Terminen im Sommer 1998 an den Standorten Solling, Lüneburger Heide und Ziegelrodaer Forst. Dargestellt sind für jeden Standort Mittelwerte der gemessenen Parameter über jeweils 11 Tage Anfang Juli bzw.
4 Tage Ende Juli 1998.Ψ5/10 cm,Ψ30/20 cm,Ψ60/40 cm: Bodenmatrixpotential in 5, 30 bzw. 60 cm Tiefe (Solling: 10, 20 bzw. 40 cm) [hPa],VPDcum, G: Tageshellphasensumme des Sättigungsdefizits und der Globalstrahlung [hPa d−1 bzw.MJ m−2d−1],Js: Oberflächenspezifische Wurzelsaftflußrate [g m−2d−1], VK: Variationskoeffizient [%]. Unterschiedliche Buchstaben markieren signifikante Un-terschiede zwischen den Flächen je Termin; Signifikanztest nach Scheffé (p < 0.05).
Ψ5/10 cm Ψ30/20 cm Ψ60/40 cm VPDcum G 3.-13. Juli Solling -12.01 -16.56 -34.94 15.43 9.06
Lüneburger H. -51.58 -64.23 -71.10 nd nd Ziegelrodaer F. -9.29 -367.15 -113.57 67.63 nd 23.-27. Juli Solling -45.85 -74.52 -94.04 79.30 18.90
Lüneburger H. -78.08 -82.33 -76.31 105.46 18.82 Ziegelrodaer F. -113.04 -695.46 -342.66 150.06 nd
Js Median Min Max Stabw VK n
3.-13.Juli Solling 198.44a 170.09 38.79 419.12 132.95 67.00 7 Lüneburger H. 242.94a 186.86 95.88 558.95 153.67 63.26 8 Ziegelrodaer F. 389.56a 269.76 41.44 1052.25 328.57 84.34 8 23.-27.Juli Solling 683.39a 450.27 109.14 1997.12 627.32 91.80 8 Lüneburger H. 455.24a 336.93 247.03 986.50 303.81 66.74 5 Ziegelrodaer F. 661.88a 389.19 76.34 2015.76 659.16 99.59 8
In der Periode vom 23. bis 27. Juli – der ersten Schönwetterphase im Sommer 1998 – wurden im Mittel deutlich höhere Tageshellphasensummen des Sättigungsdefizites und der Globalstrahlung gemessen. Das Bodenmatrixpotential war an allen Standorten gegenüber der ersten Monatshälfte des Juli niedriger, wobei in der Lüneburger Heide und im Solling kein Horizont niedriger als -100 hpa lag, während im Ziegelrodaer Forst dieser Wert in allen gemessenen Tiefen unterschritten wurde. Die daraus resultierende oberflächenspezifische Wasseraufnahmerate der Wurzeln war an allen 3 Standorten deutlich höher als in der Zeit vom 3.-13. Juli. Auch die Abfolge der Standorte änderte sich: Im Solling und im Ziegelrodaer Forst wurden mit 683 bzw. 662g m−2d−1nahezu identische Tagessummen der Wasseraufnahme gemessen. In der Lüneburger Heide war der Wert mit 455g m−2d−1 deutlich geringer. Auch in dieser Meßperiode waren die Unterschiede nicht signifikant.
Die Tagessummen der oberflächenspezifischen Wasseraufnahmerate weisen an
al-len 3 Standorten eine sehr große Varianz auf. In den beiden Meßperioden wurden Va-riationskoeffizienten von 67-100 % für die jeweils 5-8 untersuchten Wurzeln an einem Standort gefunden. Die Aufnahmeaktivität benachbarter Wurzeln eines Baumes ist al-so sehr unterschiedlich.