Natur und Landschaft

Aktuelles

Trockenresistent: Flaumeiche und Steineiche?

Der Versteppung vorbeugen

Forscher vom Institut für Ökologie, Evolution und Diversität der Goethe-Universität suchen im „South Hesse Oak Project“ (SHOP) nach Strategien, um einer Versteppung des Waldes entgegenzuwirken, die als Folge des Klimawandels zu befürchten ist. Nun stellen sie erste strategische Empfehlungen vor.

Die Sommer in Mitteleuropa werden wärmer, die sommerlichen Niederschläge weniger und die Dürreperioden länger und häufiger. Der Klimawandel verändert das Wetter und beeinflusst damit die Wälder. Wo derzeit noch eine gute Wasserversorgung besteht, wird der Klimawandel mittelfristig, so hofft man, nur zu einer moderaten Veränderung in der Artenzusammensetzung führen, hin zu Arten, die mit der Trockenheit besser zurechtkommen. Wälder, die allerdings bereits heute auf Extremstandorten mit schlechter Wasserversorgung wachsen – wie große Teile des Frankfurter Stadtwaldes, in dem durch die Dürren der Jahre 2018/19 insgesamt 97 Prozent aller Bäume geschädigt sind –, werden zukünftige Dürreperioden nicht unbeschadet überstehen. Deshalb untersuchen Forscher vom Institut für Ökologie, Evolution und Diversität der Goethe-Universität im „South Hesse Oak Project“ (SHOP), welche Strategien einer Versteppung entgegenwirken, um so den Wald als Habitat mit reicher Biodiversität und als CO2-Speicher trotz des voranschreitenden Klimawandels zu erhalten.

Nun stellen sie erste strategische Empfehlungen vor:

• Moderat betroffene Standorte mit zukünftig immer noch guter Wasserversorgung sind prinzipiell in der Lage, über natürliche Regeneration des Bestandes, klimatische Selektion der Individuen und eine Anpassung der Artenzusammensetzung dem Klimawandel ohne anthropogenes Zutun zu trotzen.
• Für mäßig betroffene Standorte, an denen zunehmend Trockenschäden zu erwarten sind, ist die gezielte Aufforstung trockenresistenter Baumarten heimischen Ursprungs wie Traubeneiche oder Waldkiefer sinnvoll.
• Für stark betroffene Regionen wie die Sandböden im Rhein-Main-Gebiet ist der Anbau von Arten aus trockeneren Klimazonen notwendig. Hierfür kommen prinzipiell mediterrane Arten sowie Arten aus Übersee in Frage.

Bereits 2007 begann an der Goethe-Universität der Arbeitskreis „Ökophysiologie der Pflanzen“ mediterrane Eichenarten zu untersuchen. Das daraus entstandene Projekt „Wald der Zukunft“ wurde 2009 zu Beginn des LOEWE-Zentrums BiK-F mit dem Innovationspreis „Deutschland - Land der Ideen: Ausgezeichneter Ort 2009“ belohnt. Mit externen Partnern entwickelte sich hieraus 2011 das SHOP.

Das Projekt beschäftigt sich mit der Einbringung mediterraner Eichen als Alternativbaumarten. „Die Eiche ist hierzulande einer der ökologisch wichtigsten bestandsbildenden Bäume“, sagt Wolfgang Brüggemann, Biologieprofessor und Leiter des SHOP. „Sie steht aber häufig auf extrem trockenen Standorten und wird daher vom Klimawandel besonders stark betroffen sein.“ Die alternativen Baumarten müssen nicht nur trockenresistenter als die Stieleiche sein, sondern auch die hiesigen heute noch kalten Winter gut überstehen. Außerdem ist es für die Wissenschaftler wichtig, dass die Arten auch die ökologischen Funktionen der hier ausfallenden Arten übernehmen können. „Um die Systeme nicht weiter zu schwächen, ist das Aufrechterhalten der Biodiversität wichtig“, sagt Vera Holland, Post-Doc am Institut für Ökologie, Evolution und Diversität.

Im SHOP-Projekt – und dem 2017 daraus mit Partnern in Italien und Griechenland entwickelten Kooperationsprojekt „Futureoaks-IKYDA“ – haben die Forscher zwischen 2009 und 2017 insgesamt mehr als 10.000 Eichen an vier Standorten in Südhessen sowie in Griechenland und Italien gepflanzt. Über Jahre haben sie ihr Wachstum, ihre Physiologie, Molekularbiologie und ihr ökologisches Potential studiert. Die Ergebnisse ihrer Forschung belegen ein großes Potential für einige der mediterranen Eichen, um als Alternativbaumarten an Extremstandorten gepflanzt zu werden: etwa die Flaumeiche (Quercus pubescens) oder unter bestimmten Bedingungen auch die immergrüne Steineiche (Quercus ilex).

„Auf Basis modellgestützter Prognosen wird eine klimawandelbedingte Verschiebung der Verbreitungsgrenzen mediterraner Arten in Richtung Mitteleuropa bereits seit Jahren vorhergesagt“, sagt Vera Holland. „Der Klimawandel schreitet aber viel schneller voran, als dass die natürliche Einwanderung dieser Baumarten damit Schritt halten und schnell genug die Lücken füllen kann, die durch Extremwetterereignisse entstehen. Die von uns propagierte Einbringung über eine gestützte Migration würde demnach diesem Prozess vorgreifen und so verhindern, dass es zu einem Rückgang der Waldgebiete, starkem Nachlassen der CO2-Speicherung und starker Bodenerosion auf zwischenzeitlich entwaldeten Standorten käme“, so die Biologin.

Universität Frankfurt, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität

 

Gene gegen die Trockenheit

Der Klimawandel führt zu immer intensiveren Dürreperioden in Europa. Die Trockenheit setzt auch den Wäldern stark zu. Schon seit längerem überlegen sich Waldschützer ganz genau, welche Bäume sie für die Aufforstung pflanzen sollen. Forscher vom Institut für Ökologie, Evolution und Diversität der Goethe-Universität haben nun Gene in Eichen identifiziert, die die Bäume resistenter gegen die Dürre machen könnten. Die Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin „Plant Gene“.

In der Studie haben die Biologen die Gene von drei verschiedenen Eichenarten untersucht: der heimischen Stieleiche, der südeuropäischen Flaumeiche und der ebenfalls südeuropäischen Steineiche. Die Bäume waren zum Zeitpunkt der Untersuchung neun Jahre alt, sie waren von der Darmstädter Forstbaumschule zur Verfügung gestellt worden und wurden nun im Wissenschaftsgarten der Goethe-Universität unter kontrollierten Bedingungen Trockenstress ausgesetzt. Bei ihrer Analyse achteten die Forscher auf zwölf Gene, die durch vorangegangene Studien bereits als potenziell bedeutsam für die Resistenz gegenüber Trockenheit ausgemacht wurden.

Entgegen vorheriger Studien, in denen meist nur eine Probe nach einer kurzen Dürreperiode analysiert wurde, untersuchten die Forscher die Bäume und ihre Gene nun über zwei Jahre hinweg. Acht Mal entnahmen sie Proben, analysierten diese und schauten, wie aktiv die zwölf Gene abgelesen und in Genprodukte umgewandelt wurden. So erstellten sie Expressionsprofile für die einzelnen DNA-Sequenzen. Bei einigen Genen konnten sie so vorherige Funde an krautigen Pflanzen bestätigen, die darauf hinwiesen, dass die Gene während extremer Trockenperioden verstärkt abgelesen werden. Bei anderen Genen war dieser Mechanismus bisher noch nicht bekannt.

„Wenn wir wissen, wie Baumarten auf der molekularen Ebene auf Trockenheit reagieren, verstehen wir besser, wie sich der Klimawandel auf die europäischen Wälder auswirkt“, sagt Peter Kotrade, Erstautor der Studie und Biologe am Institut für Ökologie, Evolution und Diversität am Fachbereich Biologie der Goethe-Universität. „Unsere Studie bestätigt vorherige Ergebnisse an Modellpflanzen zum ersten Mal an Waldbäumen und zeigt zudem detaillierte Expressionsmuster für die ausgewählten Gene. Das trägt zum Verständnis der molekularen Reaktion von Eichen auf Dürreperioden bei. Künftig könnte dieses Wissen dazu genutzt werden, um bei Waldbegründungen und Aufforstungen auszuwählen, welche Bäume gepflanzt werden“, so der Biologe weiter.

Universität Frankfurt, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität

 

♦ Lesen Sie dazu auch:

  • "Braucht der Wald in Zeiten der Klimaveränderung neue, nicht heimische Baumarten?" von Reif et al. in Natur und Landschaft 6-2011

Weitere interessante Fachbeiträge finden Sie über die Artikelrecherche. ♦

09.12.2019