Inf.bl. Forsch.bereich Wald 4, 2000 3 oder weniger deutlich in die gewünschte
Richtung. Bei den schwächeren Durch- forstungen in Triesenberg und Siat ist dies noch nicht der Fall. Zu starke Eingriffe können allerdings die Bestan- desstabilität gefährden. Bei moderaten Durchforstungen ist das Stabilitäts- risiko kleiner; allerdings ist nicht sicher, ob die angestrebte Bestandesstruktur später erreicht wird. In beiden Fällen werden die Konsequenzen der ge- wählten Behandlung erst nach Jahren sichtbar.
Folgerungen
Die Studie zeigt schon in der ersten, vorläufigen Analyse, dass es mit Durchforstungseingriffen möglich ist, homogene Gebirgsfichtenwälder in Gebirgsplenterwälder zu überführen.
Es wird für die Zukunft entscheidend sein, dass sich nicht nur die Struktur der Altbestände verbessert, sondern dass sich in den Beständen auch Ver- jüngung einstellt. Plenterähnliche Struk- turen können nur erreicht werden, wenn die Stammzahl in den unteren Durch- messerstufen erhöht wird. In mosaik- artig zusammengesetzten, rottenför-
migen Gebirgsplenterwäldern ist die Risikoverteilung optimal abgesichert.
Beim Verlust einzelner Baumholz- rotten sind immer noch zahlreiche Jungwaldrotten vorhanden.
Wie gross die zusätzlichen Risiken direkt nach einer Durchforstung sind und wie lange diese andauern, ist noch weitgehend unbekannt und erst in Jah- ren oder Jahrzehnten abzuschätzen. Bis heute, wenige Jahre nach dem Holz- schlag, stellten wir sowohl in den durch- forsteten Versuchsflächen als auch in den unbehandelten Vergleichsflächen keine auffälligen Schäden fest.
Die ersten Erhebungen geben An- haltspunkte darüber, wie sich die Durchforstungen ausgewirkt haben.
Genauere Kenntnisse über die Dyna- mik der Bestände werden wir erst nach langjährige Beobachtungen erhalten.
Dann erst werden sich konkrete Emp- fehlungen für die Behandlung von Gebirgswäldern ableiten lassen.
Literatur
Bachofen, H.; Zingg, A., 1999: Struktur- und Stabilitätsdurchforstung in Fichten- beständen der subalpinen Stufe. Neue
Schadstoffen in Baumwurzeln auf der Spur
Ein funktionsfähiger Boden gilt als wichtiger Faktor für ein normales Wachstum der Bäume im Wald. Zivilisationsbedingter Säureeintrag über die Atmosphäre verändert heute jedoch rasch den Zustand des Waldbodens.
Namentlich die erhöhte Freisetzung von potentiell toxischen Schadstoffen wie Aluminium und Schwermetallen als Folge der beschleunigten Bodenversauerung ist ein Risikofaktor für die Bäume, insbesondere für Wurzelwachstum und Nährstoff- sowie Wasseraufnahme. Indem die Schad- stoffe an und in den Wurzelzellen gebunden werden, haben die Wurzeln aber auch eine bedeutende Schutzfunktion. In diesem Beitrag diskutieren wir im speziellen die Filterwirkung von Feinwurzeln gegenüber potentiell toxischen Schadstoffen im Boden.
Beat Frey und Ivano Brunner
In Waldböden lauern Gefahren für Baumwurzeln
Ein intakter Waldboden ist die Grund- voraussetzung für einen ‚gesunden‘
Wald und damit für die nachhaltige Sicherung der Nutz-, Schutz- und Erholungsfunktion des Waldes. Hohe Fremdeinträge, vor allem von Stick- stoff und Schwefel, aber auch von Schwermetallen, haben in den letzten Jahrzehnten die Waldböden – regional in unterschiedlichem Ausmass – ver-
ändert und teilweise in ihrer Funkti- onsfähigkeit beeinträchtigt. Die unter natürlichen Bedingungen meist un- merklich langsame Entwicklung der Waldböden läuft durch zivilisations- bedingten Säureeintrag deutlich rascher ab. Die damit verbundenen Verände- rungen wirken sich besonders in Bö- den auf sauren Gesteinen aus. Vor al- lem das für viele Pflanzen toxische Aluminium nimmt in der Bodenlösung auf stark sauren Standorten zu. Nimmt auch die Verfügbarkeit bestimmter
Schwermetalle z.B. durch Bodenver- sauerung zu, so gelangen Schadstoffe vermehrt in die oberirdische Biomasse und auf diese Weise in die Nahrungs- kette. Erhöhte Konzentrationen von Schadstoffen beeinträchtigen die Funk- tionen des Bodens: einerseits als Sub- strat für die Pflanzen und andererseits als Lebensraum für Mikroorganismen und Bodenfauna. Dabei hängt das Risi- ko vom Filter-, Puffer- und Stoffum- wandlungsvermögen der jeweiligen Waldstandorte ab. Die giftigen Schad- stoffe sammeln sich in denjenigen Bodenhorizonten an, in denen sich die Hauptmasse der Feinwurzeln befindet.
Durch Interaktionen an der Wurzel- oberfläche wird die Funktionalität der Feinwurzeln beeinträchtigt, wodurch das Wachstum sowie die Nährstoff- und Wasseraufnahme empfindlich ge- stört werden kann. Die Bäume können aber diesen Gefahren nicht ausweichen;
es bleibt ihnen nichts anderes übrig, als sich vor Ort zu schützen. Wir wollen herausfinden, wie Bäume mit Alumi- nium- und Schwermetallstress umge- hen und mit welcher Konzentration die Metalle in den Feinwurzeln auftreten.
waldwachstumskundlich-waldbauliche Untersuchungen. In: Kenk, G. (Hrsg.) Deut- scher Verband Forstlicher Forschungsan- stalten. Sektion Ertragskunde. Jahrestagung 1999, Volpriehausen, 19.-21. Mai 1999.
Freiburg, Deutscher Verband Forstlicher Forschungsanstalten. 89-101.
Bachofen, H.; Zingg, A., 2000: Structure and stability improvment thinning in subalpine norway spruce (Picea abies (L.) Karst) Stands. A new silvicultural approach (im Druck).
Brassel, P.; Brändli, U.-B. (Red.), 1999:
Schweizerisches Landesforstinventar. Er- gebnisse der Zweitaufnahme 1993—1995.
Birmensdorf, Eidgenössische Forschungs- anstalt für Wald, Schnee und Landschaft.
Bern, Stuttgart, Wien, Haupt. 442 S.
Ott, E.; Frehner, M.; Frey, H.-U.; Lüscher, P., 1997: Gebirgsnadelwälder. Ein praxis- orientierter Leitfaden für eine standorts- gerechte Waldbehandlung. Paul Haupt, Bern, Stuttgart, Wien. 287 S.
Rottmann, M., 1983: Schneebruchschäden bei Fichten. Dissertation, München. 159 S.
Rottmann, M., 1986: Wind und Sturmschä- den im Wald. Frankfurt am Main, J. D.
Sauerländer’s Verlag. 128 S.
Strobel, G., 1997: Rottenstruktur und Kon- kurrenz im subalpinen Fichtenwald. Beih.
z. Schweiz. Z. Forstw. 81. 203 S.
4 Inf.bl. Forsch.bereich Wald 4, 2000
Abb. 1: Mykorrhizierte Baumwurzeln als Schnittstellen zwischen Boden und Bäumen sind ein integraler Bestandteil unserer Waldökosysteme (Foto C. Scheidegger).
Wurzeluntersuchungen geben Hinweise
Aus der Zusammensetzung von Boden- lösungen lässt sich nicht direkt schliessen, wie gross das Risiko für Wurzeln ist, durch toxische Metalle geschädigt zu werden. Mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse haben wir die Möglichkeit, die Präsenz eines bestimm- ten Stressfaktors in einzelnen Wurzeln nachzuweisen. Diese analytische Me- thode lässt sich mit einem Raster- elektronenmikroskop durchführen; ein- zelne Elemente lassen sich in kleinsten Proben bestimmen. In einem Labor- experiment setzten wir Baumsämlinge verschiedenen Gehalten von Alumini- um, Cadmium und Zink aus und unter-
suchten anschliessend die Element- verteilung in den mykorrhizierten und unmykorrhizierten Feinwurzeln. Vor- rangiges Ziel der Untersuchungen ist es, Erkenntnisse über die Wirkungen von Langzeitbelastungen zu gewinnen, wobei die in der Nährlösung eingesetz- ten Konzentrationen zumeist denen ent- sprechen, die im Waldökosystem zu erwarten sind. Unsere mikroskopischen und analytischen Befunde an Fein- wurzeln deuten darauf hin, dass hohe Gehalte von Aluminium und Schwer- metallen die Feinwurzeln schädigen.
Morphologische Veränderungen wie Schädigungen an Wurzelhaaren und Wurzelspitzen, sowie strukturelle Ver- änderungen von Zellgeweben untersu- chen wir im Elektronenmikroskop.
Schutzwirkung mykorrizierter Feinwurzeln
Das Feinwurzelsystem vieler unserer Waldbäume ist unter natürlichen Bedin- gungen nahezu vollständig durch Pilz- fäden von Mykorrhizapilzen umwoben und besiedelt (‚Mykorrhiza‘) (Abb. 1).
Der Pilzpartner übt dabei einen entscheidenen Einfluss auf die Nährstoff- und Wasseraufnahme aus. Der äussere Pilzmantel und die abgehenden Pilzfäden, nicht aber die Oberfläche der Wurzel- zellen stehen in direktem Kontakt zur Bodenlösung. Die giftigen Schadstoffe wie Aluminium und Schwermetalle fin- den ihren Weg in die Wurzeln haupt- sächlich über den Pilz. Eine quer- gebrochene Mykorrhiza enthüllt, dass der Pilz die äusseren Wurzelzellen umschliesst und das sogenannte Hartig‘sche Netz bildet (Abb. 2). Neben dem rasterelektronenmikroskopischen Bild zeigen die Röntgenspektren eine Anreicherung von Aluminium im Pilz- mantel (Abb. 2; Punkt A) sowie im Hartig‘schen Netz und in den Wurzel- zellwänden (Abb. 2; Punkt B); im Innern der Wurzelzellen reichert es sich nicht an (Abb. 2; Punkt C). Das pilzliche Gewebe leistet also einen wichtigen Beitrag für die Filterung von Aluminium. Wir stel- len ebenfalls fest, dass auch nicht my- korrhizierte Fichtenwurzeln Schutz- mechanismen gegenüber hohen Gehal- ten von Aluminium in der Nährlösung besitzen; sie akkumulieren es hauptsäch- lich auf der Wurzeloberfläche und in den Zellwänden der äusseren Wurzelzellen.
Die pilzlichen Gewebe reichern nicht nur Aluminium, sondern auch Schwer- metalle wie Cadmium und Zink an (Tab.1).
15 µm
C
B A
C
Ca Cl
2.0 keV
5.0 3.0
1.0
K
P Si S Al
4.0 1200
1000 800 600 400 200 0 0
Zählrate
Ca Cl
2.0 3.0 5.0
1.0 1200
1000 800 600 400 200 0
Zählrate
K P
S Si Al
0 4.0
B
2.0 3.0 5.0
1.0 1200
1000 800 600 400 200 0
0 4.0
A
Ca Cl
K P
Si S Al
Zählrate
Abb. 2: Rasterelektronen- mikroskopisches Bild einer quergebrochenen Fichten- mykorrhiza (Picea abies – Hebeloma crustuliniforme) und die dazugehörenden Spektren der röntgenmikro- analytischen Messungen, insbesondere von Alumini- um (Al) (A: Pilzmantel; B:
Hartig’sches Netz; C:
Wurzelzellinnere).
Inf.bl. Forsch.bereich Wald 4, 2000 5 Résumé
Les dépôts atmosphériques acides con- sécutifs aux activités humaines modi- fient rapidement l’état du sol forestier.
La libération accrue de polluants poten- tiellement toxiques, comme l’aluminium et les métaux lourds, accélère l’acidification du sol. Or une forte aci- dité du sol risque d’endommager les racines des arbres et d’entraver le pro- cessus d’absorption d’eau et d’éléments nutritifs. Cet article porte notamment sur le pouvoir de filtration des racines face aux polluants potentiellement toxi- ques contenus dans le sol.
Das für die Pflanze sehr giftige Cadmi- um bindet sich stark an das pilzliche Hartig‘sche Netz. Wir interpretieren die- sen Befund als Hinweis auf die Fähigkeit der Mykorrhizen als Akkumulator von Cadmium in Fichtenwurzeln zu wirken.
Einige Mykorrhizapilze haben sich zum Teil als erstaunlich widerstandsfähig gegenüber erhöhten Gehalten von Schwer- metallen im Boden erwiesen. Durch die Mykorrhizierung der Pflanzen reichern sich Schwermetalle somit bereits im Pilz- mantel und im Hartig‘schen Netz an und gelangen dadurch nur in einem reduzier- ten Mass in die Pflanzen. Diese Art Schutzmechanismus erhöht für den Baum die Toleranz gegenüber toxischen Schad- stoffen im Boden.
Folgerungen
Aluminium- und Schwermetallstress ist ein ernstzunehmendes Langzeitrisiko für unsere Bäume. Die Rolle der Mykorrhi- za als Schutzmechanismus vor Metall- toxizität liess sich bisher nur schwer abschätzen. Unsere Untersuchungen zeigen, dass mykorrhizierte Feinwurzeln beträchtliche Mengen von Schadstof- fen an und in den Zellwänden zurück- halten können. Die Mykorrhiza wirkt also wie ein Filter. Es muss daher in unser aller Interesse sein, Mykorrhiza- pilze in unseren Waldböden zu schüt- zen und zu fördern, damit ihre Funktion als Filter von Aluminium und Schwer- metallen in Feinwurzeln erhalten bleibt.
Tabelle1: Relative Gehalte von Schwermetallen in der Fichtenmykorrhiza.
Behandlung Pilzmantel Hartig-Netz Wurzelzellwände Wurzelzelllumen 1 mM Cadmium 131 ± 35 713 ± 356 137 ± 52 nicht nachweisbar 2 mM Zink 172 ± 64 134 ± 40 116 ± 69 81 ± 25
News aus der Forschung
Die neue Abteilung Ökonomie
Geplant war die Abteilung Ökonomie an der WSL seit längerem. Seit dem 1. April 2000 nun ist das entsprechen- de Kästchen im Organigramm nicht länger mit «vakant», sondern mit unse- ren Namen besetzt. Als Agrarökono- minnen mit Vertiefung in Umwelt- ökonomie betrachten wir den Aufbau ökonomischer Fachkompetenz in ei- nem mehrheitlich naturwissenschaftli- chen Umfeld als spannende Aufgabe.
«Braucht die WSL überhaupt eine Abteilung Ökonomie?», so wird sich vielleicht manche Leserin und man- cher Leser fragen. Wir meinen «Ja»
und sind überzeugt, dass eine Abtei- lung Ökonomie der WSL wohl ansteht.
In einer Welt zunehmender Ressour- cenknappheit macht die Ökonomik, als die Wissenschaft vom Umgang mit Knappheit, gerade in den angestamm- ten Forschungsbereichen der WSL Sinn. Besonders wichtig ist, dass die Politik die richtigen Rahmenbedingun- gen für die Lebensraumentwicklung und die Umweltnutzung sowie für den Ausgleich widersprüchlicher Interes- sen formuliert.
Wir sehen deshalb die Aufgabe der Abteilung Ökonomie darin, bei der Be- reitstellung von Entscheidungsgrund- lagen für die Gestaltung der Politik in den Bereichen Wald, Landschaft und Naturgefahren mitzuwirken. Beispiels- weise befassen wir uns mit der prakti- schen Ausgestaltung von Leistungs- vereinbarungen, welche die Waldfunk- tionen sicherstellen sollen. Wir wollen erforschen, wie sich politische Mass- nahmen auf die Landschaftsentwick- lung in verschiedenen Alpenregionen auswirken und welche ökonomische Bedeutung der Schutzwald hat. Nicht
Weiterführende Informationen:
Brunner, I.; Frey, B., 2000: Detection and localization of aluminium and heavy metals in ectomycorrhizal Norway spruce seedlings. – Environ. Pollut.
108: 121–128, sowie via Internet unter http:/www.wsl.ch/forest/soil
zuletzt wollen wir das Entwicklungs- potential der schweizerischen Forst- betriebe analysieren.
Wer nun neugierig geworden ist und sich genauere Vorstellungen über un- sere derzeitigen und geplanten For- schungsaktivitäten machen möchte, dem schicken wir gerne unser Ab- teilungskonzept zu.
Priska Baur, Anna Roschewitz
Geräumte und ungeräumte
«Lothar»-Flächen vergleichen
Seit 10 Jahren untersucht die WSL Entwicklungen auf Windwurfflächen im schweizerischen Alpen- und Vor- alpenraum. Die Ergebnisse und Folge- rungen der Forschungsarbeiten sind unter anderem in der «Entscheidungs- hilfe nach Sturmschäden im Wald»
zusammengefasst. Die seit «Vivian»
in Praxis und Forschung gemachten Erfahrungen führten nach «Lothar» zu viel sachlicheren Diskussionen über das Räumen bzw. Belassen von Wind- wurfflächen als noch zehn Jahre zuvor.
«Lothar» hat in der Schweiz vor allem im Mittelland und in den Voralpen gewirkt. Für tiefere Lagen weist die Entscheidungshilfe jedoch Lücken auf.
Mit dem neuen Forschungsprojekt
«Waldentwicklung nach Windwurf in tieferen Lagen der Schweiz» sollen
