Forschende der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL haben erstmals die Wasserverfügbarkeit für Bäume in Schweizer Waldböden berechnet: Einmal das Volumen des Walensees ist in den obersten zwei Metern Boden gespeichert. Mit ihrem Modell lässt sich auch aufzeigen, wie gravierend vergangene und aktuelle Trockenheiten für den Wald sind.

Von der Trockenheit 2018 erholten sich etliche Buchen im Hardwald bei Basel nicht mehr. Aufnahme: August 2020. (Foto: Beate Kittl, WSL) Im Trockensommer 2018 verfärbte sich das Laub zahlreicher Bäume im Schweizer Wald vorzeitig oder fiel gleich ganz ab. Mittlerweile gibt es zahlreiche Untersuchungen dazu, wie Pflanzen auf solche Extremereignisse reagieren. Doch was mit dem Wasserhaushalt im Boden geschah, blieb bisher im Dunkeln. Jetzt konnte ein WSL-Forschungsteam erstmals die Bodenwasserspeicher im Schweizer Wald abschätzen, also wo und wie viel für Pflanzen nutzbares Wasser vorhanden ist. Damit liessen sich die extremen Trockenheiten von 2015 und 2018 genauer analysieren.

Die Forschenden integrierten Daten eines Netzwerks von 44 Bodenfeuchte-Messstationen, die schweizweit in unterschiedlich trockenen Böden installiert sind, in ein dynamisches Rechenmodell, das alle Wasserflüsse zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre modellieren kann. «Es kann zeigen, wie sich die Bodenwasserspeicher abhängig vom Wetter und dem Verbrauch durch Pflanzen füllen und leeren», sagt Katrin Meusburger, Hydrologin an der WSL und Erstautorin eines Fachartikels in Global Change Biology.

Der Wald ist kein Wasserdieb

Stellt man sich die maximale Wasserspeicherfähigkeit der Wälder bis in zwei Meter Tiefe als einen Eimer vor, dann fasst der ganze Eimer etwa das Wasservolumen des Walensees. Die Mengen sind aber schweizweit sehr ungleich verteilt; sie variieren um den Faktor zehn zwischen den Standorten mit kleinster Wasserverfügbarkeit und jenen mit der höchsten. Einen Einfluss hat auch die Wurzeltiefe der Pflanzen. Dieser Faktor floss dank neuer Messdaten der WSL hierzu in das Rechenmodell ein.

Ein Ziel der Studie war es, den Wasserverbrauch der Bäume in den Trockensommern 2015 und 2018 abzuschätzen. «Man könnte denken, dass die Verdunstung im Wald die niedrigen Wasserstände in Gewässern oder im Grundwasser verschlimmert hat. Das ist aber nicht so», sagt Meusburger. Die Bäume fuhren ihre Verdunstung (Transpiration) drastisch zurück, um 23 Prozent (2015) respektive 28 Prozent (2018). Bäume schliessen bei Trockenheit die Poren in den Blättern und Nadeln, durch die sie CO2 für die Fotosynthese aufnehmen, aber auch Wasser verlieren. Dies geschieht auf Kosten des Wachstums. So ging unter dem Strich durch die Transpiration der Schweizer Waldbäume nicht mehr Wasser verloren als in anderen Jahren.

2018 war schlimmer als 2015

Stellen die Bäume auf Sparflamme um, sprechen die Forschenden von Transpirationsdefizit. Mit dem neuen Modell lässt sich diese Kennzahl berechnen. «Wir können das Ausmass der Trockenheit aus Sicht der Pflanze beziffern und auch vorhersagen», sagt Meusburger. «Aus Pflanzensicht war die Trockenheit 2018 schlimmer als jene von 2015.» Die wasserarme Zeit dauerte von Juli bis Oktober an, während 2015 nur der Juli und August kritisch war.

Die vom Modell simulierte Bodenwasserverfügbarkeit stimmt gut mit dem Auftreten von verfrühter Blattverfärbung im Sommer 2018 überein - und zwar besser als durch meteorologischen Daten alleine. Damit ergänzt das neue Modell bestens das bestehende SwissSPOT-Netzwerk und auch das Treenet-Netzwerk, beides Projekte der WSL, welche den aktuellen Wasserstress in Boden und Waldbäumen misst.

Meusburger möchte das Modell so weiter entwickeln, dass sich künftig Forstleute darüber informieren können, wie gross und wie gefüllt der Bodenwasserspeicher in ihren Wäldern ist. «Wir können den unsichtbaren Trockenstress aufzeigen, noch bevor die Schwelle zum Welken oder Laubfall der Bäume überschritten ist», sagt Meusburger. Dazu möchte sie die räumliche Auflösung der modellierten Karten von derzeit 500 Meter auf 25 Meter erhöhen. Forstleute wären gewarnt, wenn ihre Bestände durch Trockenheit geschwächt sind, was Astbrüche, Windwurf bei Sturm und Pilz- oder Insektenbefall zur Folge haben kann.