Inf.bl. Forsch.bereich Wald 19, 2005 1 Die Feinwurzeln gelten als der dyna-
mische Teil der Baumwurzeln. Sie sind auch für den aktiven Transfer des Koh- lenstoffes vom Baum in den Waldbo- den verantwortlich. Zum einen ver- atmen Feinwurzeln Kohlenstoff, der dann dem Boden in Form von Koh- lendioxid (CO2) entweicht; zum ande- ren scheiden die Feinwurzeln Kohlen- stoff-Verbindungen aus, um Nährstof- fe aus dem Boden besser aufnehmen zu können. Da Feinwurzeln relativ kurzlebig sind – sie haben eine durch- schnittliche Lebenserwartung von we-
nigen Jahren – verbleibt nach ihrem Absterben ein weiterer beträchtlicher Teil an Kohlenstoff im Waldboden.
Insgesamt beträgt die Kohlenstoff- menge, die durch die Feinwurzeln der Waldbäume in den Boden gelangt, etwa eine Tonne pro Hektar und Jahr (Per- ruchoud et al. 1999).
Doch wie gross sind die Feinwur- zelsysteme der Bäume überhaupt? Wie weit reichen sie und wie gross ist das von ihnen beeinflusste Areal? Wachsen die Feinwurzeln der Bäume ineinander oder grenzen sie sich von denen ande- rer Bäume ab? Wie vergleichbar sind die Feinwurzeln junger und alter, gesunder und kranker, dominierender und unterdrückter Bäume? Wie ent- wickeln sich die Feinwurzeln unter- schiedlicher Baumarten und wie stark beeinflussen Boden und Klima ihr Wachstum und Absterben? Bis vor kur- zem waren diese Fragen praktisch nicht beantwortbar.
Wurzelgeflecht breiter als Kronendurchmesser
Auf einer Untersuchungsfläche der Langfristigen Waldökosystem-For- schung (LWF) der WSL in Vordem- wald haben wir das Wurzelgeflecht verschiedener Bäume unter die Lupe genommen. Unsere Untersuchungen in diesem Weisstannenbestand im Aar- gauer Mittelland zeigten, dass auf einer Kreisfläche von 16 cm2und 1 cm Bo- dendicke bis zu 30 Feinwurzel-Stück- chen zu finden sind (Brunner et al.
Editorial
Wie faszinierend und zugleich sonder- bar sind doch die Leistungen, die all- jährlich Eingang ins Guinness Buch der Rekorde finden. Da mühen sich Ein- zelkämpfer und Teams ab, um sich schliesslich irgendwo eingezwängt zwischen zwei Buchdeckeln einen Platz für die «kurze Ewigkeit» zu sichern. Dass auch in der Natur immer wieder Rekordleistungen vollbracht werden, erfahren Sie in der vorliegen- den Ausgabe des Informationsblattes Wald. Diese «biogenen Rekorde»
widerspiegeln allerdings weniger die Rekordbesessenheit an sich, als viel- mehr das Potenzial der stillen Schaf- fer. Die Wurzeln eines Baumes bei- spielsweise besiedeln den Boden nach Kriterien der Ressourcenoptimierung und nicht um der Wurzellänge Willen.
Was meinen Sie, liebe Leserinnen und Leser, welche Gesamtlänge haben die Feinwurzeln einer Tanne? Dies in einem dichten Wald zu bestimmen, so könnte man meinen, ist kaum möglich – wie will man denn einzelne Wurzeln einem bestimmten Baum zuordnen?
Dieses «Kunststück» ist nun WSL- Forschern weltweit zum ersten Mal gelungen. Wie sie dies geschafft haben, erfahren sie in diesem Blatt.
Erinnern Sie sich noch an die Beschrei- bung der dicksten Fichte der Schweiz?
Ob diese Fichte aus dem Calfeisental (SG) tatsächlich die «Grösste» im Lan- de ist, lesen Sie auf Seite 3. Mehr Wis- senswertes, z.B. darüber, wie sich die Bodenversauerung in Wurzeln nach- weisen lässt oder den Zusammenhang zwischen Mistelvorkommen und Kli- maveränderung, erfahren Sie auf den folgenden Seiten.
Vor eineinhalb Jahren haben wir mit
«waldwissen.ch» einen neuen Weg der Wissensvermittlung eingeschlagen.
Viele von Ihnen kennen diesen Internet- Prototyp und erteilten ihm gute Noten.
Zusammen mit drei Forschungsanstal- ten in Deutschland und Österreich ent- wickelten wir nun das neue internatio- nale Portal «www.waldwissen.net». Es umfasst bereits mehr als 600 Seiten und bietet Ihnen noch mehr Wissen über den Wald und dessen Bewirtschaftung, über Naturgefahren, Pflanzen- und Tierökologie sowie vieles mehr – ein Besuch lohnt sich!
Norbert Kräuchi
Licht ins Dunkel der Wurzelwelt
Vieles im Waldboden ist für Waldforschende immer noch unbekannt. So war es zum Beispiel bis anhin nicht möglich, in einem von einer Baumart beherrschten Bestand herauszufinden, wie sich Feinwurzelsysteme einzel- ner Baumindividuen im Boden verteilen. Weder das direkte Beobachten noch das Ausgraben scheinen dafür geeignete Methoden zu sein. Zudem sehen alle Feinwurzeln mehr oder weniger gleich aus, und die Wurzelsysteme ver- schiedener Bäume sind so sehr ineinander verflochten, dass es praktisch unmöglich ist, sie bis hin zum Baumstamm zu verfolgen.
Ivano Brunner und Christoph Sperisen
Freigelegtes Wurzelgeflecht eines umge- stürzten Baumes. Ein grosser Teil der Fein- wurzeln ist abgerissen und verbirgt sich im angrenzenden Waldboden (Bild: P. Brang).
Informationsblatt Forschungsbereich
Wald
ISSN 1424-5701
2005
19
Eidg. Forschungsanstalt WSL Institut fédéral de recherches WSL Istituto federale di ricerca WSL Swiss Federal Research Institute WSL CH-8903 Birmensdorf
2 Inf.bl. Forsch.bereich Wald 19, 2005
2004). Mit der Hilfe von zwei varia- blen genetischen Markern, sogenann- ten Mikrosatelliten (siehe Kasten), ist es uns nun weltweit zum ersten Mal gelungen, die Feinwurzel-Stückchen bestimmmten Baumindividuen zuzu- ordnen. Im Falle einer auf diese Weise klar identifizierbaren Weisstanne zeigte sich, dass sich ihre Feinwurzeln doppelt so weit wie ihre Krone aus- breiten. Die Feinwurzeln wachsen bis in die Nähe des Stammes der nächsten Weisstanne in zehn Meter Entfernung, allerdings nur im obersten Boden- horizont. In tieferen Bodenschichten wachsen die Wurzeln weniger weit. In Stammnähe beträgt der Eigenwurzel- anteil rund 60 Prozent. Der Durchmi- schungsgrad der Feinwurzeln mit denjenigen fremder Baumindividuen nimmt jedoch mit zunehmender Bo- dentiefe ab.
130 km Feinwurzeln
Weitere Untersuchungen ergaben, dass im Oberboden, der von Feinwurzeln dicht durchdrungen ist, bis in eine Tie- fe von 25 cm schätzungsweise 17 t/ha Feinwurzeln (Frischgewicht) bzw.
3,4 t/ha (Trockengewicht = Biomasse) lagern. Auf die gesamte Biomasse eines Waldes bezogen ist dies zwar nicht viel – Perruchoud et al. 1999 schätzen die Biomasse eines Waldes auf ca. 260 t/ha. Doch neben Nadeln und Blättern gelten Feinwurzeln als sehr
dynamisch, was die Abgabe an Koh- lenstoff in den Boden betrifft. Die iden- tifizierte Weisstanne besiedelt mit ihrem Wurzelwerk eine Fläche von ca.
250 m2, wobei etwa ein Viertel aller auf dieser Fläche vorkommenden Fein- wurzeln zu diesem Baum gehören.
Bezogen auf die bewurzelte Bodentie- fe von rund 1,5 m dürften alle Fein- wurzeln dieser Tanne zusammen eine Biomasse von ca. 30 kg, eine Länge von ca. 130 km und eine Oberfläche ca. 450 m2haben.
Die Waldböden der Schweiz enthal- ten durchschnittlich etwa 100 t/ha Kohlenstoff und gelten diesbezüglich als eines der grössten einheimischen Kohlenstoff-Reservoirs (Zimmermann et al. 2003). Etwa eine Tonne Kohlen- stoff pro Hektar oder ein gutes Prozent davon stammt von den Feinwurzeln.
Wegen ihrer kurzen Lebensdauer und der laufend neu gebildeten Würzelchen tragen sie dennoch erheblich zur Koh- lenstoff-Bilanz von Schweizer Wald- böden bei. Eine bessere Kenntnis der Lebensdauer der Feinwurzeln könnte in Zukunft helfen, den Kohlenstoff- Fluss im Waldboden genauer zu bestimmen. Aus Untersuchungen eini- ger Baumarten unter Verwendung von Kohlenstoff-Isotopen ist bekannt, dass die mittlere Lebensdauer von Fein- wurzeln je nach Baumart von zwei bis fünf Jahre variieren kann.
Für die Anrechnung des Waldes als CO2-Senke, z.B. mittels Aufforstun- gen, Wiederaufforstungen oder Rodun-
Horizont 0
3
11
30
F Ah
AB
Distanz
0 2 4 6 8 10 12 m
Typ
A Typ
I
Typ E
Tiefe (cm)
Die vertikale und horizontale Verteilung der Feinwurzeln von drei benachbarten Weiss- tannenindividuen im Oberboden. Die Weisstanne mit Mikrosatelliten-Typ A (dunkle Mar- kierung) ist im untersuchten Bestand einzigartig.
gen, wie es das Kyotoprotokoll für die Schweiz vorschlägt, müssen sowohl ober- als auch unterirdische Kohlen- stoff-Pools und deren Veränderungen möglichst zuverlässig geschätzt wer- den. In der Schweiz sind diese Schät- zungen allerdings noch ungenau (Zim- mermann et al. 2003). Dies liegt einer- seits an der ungenügenden Anzahl Stichprobenpunkte und anderseits an den nur geschätzten und nicht gemes- senen Messgrössen «Bodendichte» und
«Skelettanteil». Andererseits müssen für das genauere Abschätzen der Koh-
Résumé
Les racines fines des arbres sont diffi- ciles à étudier. En effet, on ne sait pas quelle est l’expansion du système raci- naire d’un arbre individuel, quelle lon- gueur les racines fines peuvent avoir, ou encore si les racines des arbres indi- viduels se mélangent ou sont confinées à un espace propre. Pour la première fois dans le monde, l’on a réussi à iden- tifier les racines fines de plusieurs individus d’ Abies alba. Pour ce faire, des marqueurs génétiques ont été appliqués, des microsatellites. On a vu qu’elles se mélangeaient bien entre plusieurs individus, et qu’elles s’éten- daient sur le double du diamètre du houppier. L’ensemble des racines fines d’un arbre a une longueur de 130 km et une surface de 450 m2.
Was sind Mikrosatelliten?
Mikrosatelliten sind DNS-Abschnitte mit mehreren sich wiederholenden Ein- heiten von 1–7 Basenpaaren (Basen sind die Bausteine der DNS). Sie sind über die gesamte Erbinformation ver- teilt und zeichnen sich durch ihre Län- genvariabilität zwischen Individuen aus. Diese Abschnitte werden somit häufig für die Charakterisierung von Populationen oder des Paarungssyste- mes von Waldbäumen benützt. Beim Menschen werden sie in der Krimina- listik oder für den Vaterschaftstest ver- wendet. Mikrosatelliten wurden bisher erst von einigen wenigen Baumarten isoliert. Dank der grossen Fortschritte bei der Analyse der Erbinformation von Waldbäumen werden immer mehr Mikrosatelliten identifiziert. Sie lassen sich bei der Suche nach Antworten auf aktuelle ökologische Fragestellungen verwenden.
Inf.bl. Forsch.bereich Wald 19, 2005 3 lenstoff-Flüsse unter anderem die Me-
thoden verbessert werden, mit denen sowohl die Biomasse als auch die Dynamik (Wachstum, Lebensdauer, Absterben) der Wurzeln bestimmt wer- den. Hier kann unser Ansatz bestehen- de Waldökosystem-Modelle deutlich verbessern, da mit der Hilfe von mole- kularen Methoden sowohl Daten von verschiedenen Baumarten als auch von verschiedenen Baumindividuen erhält- lich sind. Dank der neuen Erkenntnisse lassen sich die Modelle nun für viele baumartenreiche Waldtypen mit ihren unterschiedlichen Altersstrukturen in der Schweiz verbessern.
Literatur
Brunner, I.; Ruf, M.; Lüscher, P.; Spe- risen, C., 2004:Molecular markers reveal extensive intraspecific below- ground overlap of silver fir fine roots.
Molecular Ecology 13, 3595–3600.
Perruchoud, D; Kienast, F.; Kaufmann, E.; Bräker, O.U., 1999: 20th Centu- ry carbon budget of forest soils in the Alps. Ecosystems 2, 320–337.
Zimmermann, S.; Hagedorn, F.; Wal- thert, L., 2003: Erfassung des Koh- lenstoffvorrats in Schweizer Wald- böden: Wunschdenken und Realität.
BGS-Bulletin (im Druck).
Wer ist die Grösste im ganzen Land?
Die dicksten Bäume der Schweiz sind Buchen und Kastanien auf der Alpen- südseite – gemessen wird immer 1,3 m über Boden, am Hang bergseits. Die dicksten Bäume auf der Alpennordsei- te sind wahrscheinlich Eichen. Aber auch Fichten erreichen grosse Durch- messer. Brang (2003a und 2003b) hat eine Riesenfichte im Calfeisental beschrieben. Die Reaktionen waren vielfältig: Manch ein Baumliebhaber
Grosse Lebewesen faszinieren. Zu den grössten Lebewesen auf der Welt gehö- ren Bäume. So stellt sich bei jedem rekordverdächtigen Baum die Frage:
«Ist er der Grösste?»
Andreas Zingg und Peter Brang
fragte nach dem genauen Standort des Baumriesen (und bekam die ge- wünschte Auskunft), der Weg dorthin ist inzwischen ausgeschildert – und es wurden einige «grössere» Fichten gemeldet. Diese Meldungen haben wir überprüft.
Die dicksten Fichten der Schweiz?
Nebst der bereits vorgestellten Fichte im Calfeisental (SG) haben wir je eine Fichte im Diemtigtal (BE), im Göscheneralptal (UR) und am Fusse des Säntis im Thurtal bei Wildhaus (SG) vermessen. Dabei stellte sich her- aus, dass die einfach scheinende Fra- ge, welche von ihnen die dickste ist, nicht ohne weiteres zu beantworten ist.
Die bereits vorgestellte Fichte im Calfeisental hat 1,3 m über dem Erd- boden einen Umfang von 5,78 m, ist also bei Annahme eines kreisförmigen Stammquerschnittes 1,84 m dick. Sie ist 32,8 m hoch und hat ein Holzvolu- men von 22 m3 (Brang 2003a und 2003b). Ihr Standort: Koordinaten ca.
746 000/199 000, 1580 m ü.M.
Die Fichte im Göscheneralptal (Abb. 1) hat einen Umfang von 5,88 m und damit einen Brusthöhendurch- messer von 1,87 m. Sie ist bemerkens- werte 41,5 m hoch und erreicht ein geschätztes Volumen von 29 m3. Sie
weist am Stammfuss einen Bogen auf (Säbelwuchs). Koordinaten: 683 500/
168 420, 1490 m ü.M.
Eine beeindruckende Fichte steht auch auf der Thurwies bei Wildhaus.
Mit einem Umfang von 5,03 m, einem Durchmesser von 1,60 m, einer Höhe von 41 m und einem geschätzten Volu- men von 21 m3erreicht sie die Dimen- sionen ihre Konkurrentinnen aber nicht ganz. Sie steht neben weiteren Baum- riesen in einem Bestand. Bis vor fünf Jahren stand dort noch eine Fichte mit einem Umfang von über 7 m. Reste dieses mächtigen Baumes sind noch sichtbar. Koordinaten: 743 150/232 130, 1195 m ü.M.
Ausser Konkurrenz gewissermassen ist die so genannte Fuchstanne im Diemtigtal zu erwähnen. Diese Fichte lässt sich nicht so exakt messen wie die anderen (Abb. 2). 30 cm über dem Boden, parallel zur Hangfalllinie gemessen, ergibt sich ein Umfang von 8,09 m, was einem Durchmesser von 2,58 m entspricht. In einer Höhe von 1,80 m beträgt der Umfang noch 5,34 m bzw. der Durchmesser 1,70 m. Der Baum ist 34,4 m hoch. Auf einer Höhe von 2–4 m zweigen 12 dicke Stämme mit Durchmessern von 47 bis 96 cm ab (Messung durch Hans Wyss und Fami- lie Marti, Schwenden im Diemtigtal).
Eine grobe Schätzung ergibt ohne den Strunk ein Derbholzvolumen von über 35 m3, weit mehr als das der anderen hier vorgestellten Fichten. Koordina- ten: 604 600/157 100, 1500 m ü.M.
Welche Fichte ist nun die dickste?
Das werden wir nie wissen. Denn ob eine Aussage wie «Alle Schwäne sind weiss!» richtig ist, lässt sich nie mit Abb.1: Die Fichte im Göscheneralptal auf
1490 m ü.M ist die dickste, die wir derzeit kennen (Bild: P. Brang).
Mikroskopische Aufnahme von Feinwur- zeln, die sich dem menschlichen Auge im Bodengefüge in der Regel entziehen (Bild:
I. Brunner).
