Forschungs- und Innovationsprojekt
Effektive Saftflussmessungen für das forstliche Umweltmonitoring (C61)

Heimische Wälder leiden zunehmend unter dem Klimawandel. Trockenstressreaktionen von Bäumen in Form von früherem Blattabwurf, geringem Wachstum und vermehrter Fruchtbildung gehören immer häufiger zum Waldbild. Die Verfügbarkeit von Wasser ist dabei für Bäume und Wälder ein existenzieller Faktor, um ihr Überleben zu sichern und überhaupt auf klimatische Extremsituationen reagieren zu können. Die den Bäumen zur Verfügung stehende Wassermenge entspricht dabei nicht automatisch der jährlichen Niederschlagsmenge. Der Wasserhaushalt von Wäldern ist komplex und beinhaltet wichtige Prozesse wie Transpiration, Evaporation und Grundwasserneubildung. Die Prozesse haben großen Einfluss auf die den Bäumen tatsächlich zur Verfügung stehende Wassermenge im durchwurzelten Bodenraum.

Das forstliche Umweltmonitoring erfasst deshalb seit vielen Jahren klimatische Bedingungen in Wäldern, welche Grundlage für Wasserhaushaltsmodellierungen und die Bildung von Wasserbilanzen sind. Die Aufteilung des erfassten Niederschlags über Modelle auf Transpiration, Evaporation und Grundwasserneubildung ist dabei mit einer großen Unsicherheit verbunden, da diese primär auf nur schwerüberprüfbaren Modellannahmen beruht. Insbesondere die Transpiration als zentrales ökophysiologisches Lebenszeichen wird jedoch beim Intensiv-Monitoring bisher aus finanziellen und technischen Gründen nicht gemessen. Aufgrund von Fortschritten in der Transpirations-Messtechnik sind einige der bisherigen Restriktionen inzwischen lösbar und eine Anwendung für das Monitoring nicht mehr unrealistisch.

Im Projektteil „Effektive Saftflussmessungen für das forstliche Umweltmonitoring“ wird ein Modellsystem für das forstliche Umweltmonitoring zur Messung der Transpiration mit moderner, State-of-the-Art Technik entwickelt. Mittels des Modellsystems wird die Nutzung der Bodenwasserressource von Einzelbäumen und Beständen mit verschiedenen Wurzelsystemen in Rein- und Mischbeständen untersucht, um so das Zusammenspiel verschiedener Baumarten hinsichtlich der Trockenstressanfälligkeit und Resilienz zu untersuchen. Die Überführung der Erkenntnisse in das Umweltmonitoring können als Grundlage für die Beantwortung der Frage nach einer langfristigen Anpassung des Wurzelraums bei Trockenstress herangezogen werden. Die gewonnenen Daten bieten darüber hinaus eine verbesserte Grundlage für die Wasserhaushaltsmodellierung von Wäldern und der Bildung von Wasserbilanzen.

Das an der Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) bearbeitete Teilprojekt gliedert sich in zwei Projektteile.

Im ersten Projektteil werden zwei Saftflusssensorsysteme unterschiedlicher Anbieter beschafft und die Systeme in Laborversuchen auf ihre Messgenauigkeit untersucht. Zusätzlich werden die technischen Voraussetzungen für den Betrieb der Systeme im Hinblick auf deren Stromversorgung auf den Versuchsflächen untersucht. Im Frühjahr 2023 erfolgt dann der praktische Einsatz der Saftflusssensorsysteme auf den Intensivmonitoringflächen des forstlichen Umweltmonitorings im bayerischen Höglwald und auf einer ICOS-Fläche bei Tharandt in Sachsen. Für beide Flächen liegen Daten zu Gasmessungen durch die Eddy-Kovarianz-Methode vor, welche zur Überprüfung der über die Saftflussmessungen erfassten Transpirationsmengen herangezogen werden können. Auf beiden Flächen werden den Baumbestand repräsentierende Bäume ausgewählt und jeweils mit beiden Sensorsystemen bestückt. Dies dient dem direkten Vergleich beider Sensorsysteme und der Evaluierung der für eine genaue Erfassung der Transpiration benötigten Sensoranzahl je Baum. Die während der ersten Vegetationsphase erfassten Daten fließen im Anschluss mit den Daten der Projektpartner in das Wasserhaushaltsmodell LWFBrook90 ein.

Im zweiten Projektteil werden die Erkenntnisse aus dem ersten Projektteil verwendet, um mit einem optimierten Versuchsdesign und geringem technischen Aufwand die Transpiration von Beständen möglichst genau zu erfassen. Dazu werden ausgewählte Level-II-Standorte im gesamten Bundesgebiet mit einer im Vergleich zum ersten Projektteil reduzierten Anzahl an Saftflusssensoren je Standort ausgestattet.