Extreme Hitzewellen werden immer häufiger. Wann werden sie für Waldbäume kritisch? Ein Forschungsteam der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und der EPFL untersuchte diese Frage in der Schweiz, in Südfrankreich und in Spanien während der Hitzewelle im Sommer 2023.
Wälder können sich bei extremen Wetterbedingungen überhitzen und tödliche Temperaturen erreichen. Alice Gauthey und ein Team der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und der ETH Lausanne konnten dieses Phänomen während der Hitzewelle 2023 in Frankreich untersuchen: In Steineichenwaldstücken stieg das Thermometer auf fast 50 Grad Celsius, die höchsten Temperaturen, die je an diesem Ort gemessen wurden. Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in Global Change Biology veröffentlicht.
Ziel der Wissenschaftler war es, die Veränderungen der Temperatur des Kronendachs im Tages- und Sommerverlauf zu verfolgen. Dazu setzten sie Drohnen mit Infrarot-Wärmebildkameras ein, die an heißen Tagen über Wälder in der Schweiz, Frankreich und Spanien flogen und die Temperatur an der Blattoberseite aufzeichneten. Außerdem maßen sie die Photosynthese und die Transpiration in den Blättern an den Baumkronen. Ein Kran war nötig, um in die Kronen der Baumkronen zu gelangen, da die Traubeneichen(Quercus petraea) im Basler Jura gut 30 Meter hoch werden. In Frankreich nutzten die Wissenschaftler Gerüste, um Messungen an Steineichen(Quercus ilex) durchzuführen. In Spanien war keine Hilfe erforderlich, da die Kermeseichen(Quercus coccifera) kaum höher als 1,5 Meter werden.
50 Grad auf der Blattoberfläche
Die Ergebnisse zeigen, dass die Eichen beeindruckenden Temperaturen standhalten können. "An der Spitze des Kronendachs erreichten die Blätter im August 50 Grad Celsius, was absolut unglaublich ist", erklärt Charlotte Grossiord, Studienleiterin und Waldökologin an der WSL sowie Tenure-Track-Assistenzprofessorin an der Fakultät für natürliche, architektonische und gebaute Umwelt (ENAC) der ETH Lausanne (EPFL). Und das, obwohl die Lufttemperatur "nur" 40 bis 42 Grad betrug.
Wir haben festgestellt, dass die kritische Temperaturschwelle bei fast 50 Grad Celsius liegt.
Charlotte Grossiord, Leiterin des Laboratoriums für Pflanzenökologie (PERL), EPFL
Wie haben die Eichen unter diesen Bedingungen überlebt? Wahrscheinlich war es ihre extreme Hitzetoleranz, die sie gerettet hat. Um diese Frage zu beantworten, setzten die Wissenschaftler die Blätter in einem Wasserbad steigenden Temperaturen aus und maßen dabei, wie die Hitze die photosynthetische Aktivität in den Zellen zerstörte. "Wir haben festgestellt, dass die kritische Temperaturschwelle bei fast 50 Grad Celsius liegt", kommentiert die Forscherin. Die Blätter von Eichen aus Frankreich und Spanien können Temperaturen von bis zu 51 bzw. 53 Grad Celsius vertragen, während die Traubeneichen aus der Schweiz sogar 59 Grad Celsius aushalten können.
Dass sie diesen Wert nur selten erreichen, liegt wahrscheinlich an einem anderen Prozess: Messungen zeigen, dass die Blätter immer ein wenig Wasser verlieren. Bei heißem Wetter schließen die Bäume irgendwann die Poren auf der Unterseite ihrer Blätter, durch die sie Gase aufnehmen und abgeben. Eine geringe Menge Wasser verdunstet jedoch passiv über die Blattoberfläche. Sowohl der aktive als auch der passive Prozess spielen eine Rolle", erklärt Charlotte Grossiord, "denn sie kühlen die Blätter gerade so weit wie nötig. Nur die exponiertesten Blätter an der Spitze des Kronendachs wurden braun und trocken.
Die Hitzetoleranz dieser Eichen ist deutlich höher als die einiger Nadelbäume, die zuvor in der Schweiz evaluiert wurden", beobachtet Charlotte Grossiord. Die Morphologie der Nadelbäume mit ihren dünnen Nadeln und spärlichen Ästen verhindert jedoch die Entwicklung extremer Temperaturen in den Nadeln, wie frühere Studien des Teams im Pfynwald , Wallis, gezeigt haben.
Einige Baumarten könnten an ihre Grenzen stoßen, wenn die Hitzewellen extremer werden
Charlotte Grossiord, Direktorin des Laboratoriums für Pflanzenökologie (PERL), EPFL
Laubbäume sind weniger hitzetolerant
Die Ergebnisse legen nahe, dass Laubbaumarten unter der Zunahme von Hitzewellen leiden werden. "Einige Baumarten könnten an ihre Grenzen stoßen, wenn die Hitzewellen extremer werden", sagt Charlotte Grossiord. Dies ist in der Schweiz bereits im Sommer 2018 geschehen, als viele Buchen auf schlecht wasserspeichernden Böden vertrockneten. Es ist entscheidend zu verstehen, was passiert, wenn eine Dürre durch sehr hohe Temperaturen verschlimmert wird, betont die Forscherin. Die maximale Hitzetoleranz von Bäumen in kühlen Regionen wie Skandinavien liegt bei nur 35 Grad Celsius, während einige tropische Pflanzen fast 60 Grad vertragen können.
In der Landwirtschaft werden bereits viele Techniken eingesetzt, um eine Überhitzung der Pflanzen zu verhindern", fügt Charlotte Grossiord hinzu. So wurden beispielsweise Infrarotkameras, die die Oberflächentemperatur von Feldern aufzeichnen, eingesetzt, um den Bewässerungsbedarf von Nutzpflanzen zu ermitteln. Im Forstsektor ist der Einsatz der Fernerkundung noch neu. "Unsere Studie zeigt, dass wir diese Fernerkundungstechnologien auch mit Drohnen oder Satelliten einsetzen können, um die ersten Signale von Hitzestress in Wäldern zu erkennen."
Referenzen
Alice Gauthey, Ansgar Kahmen, Jean-Marc Limousin, Alberto Vilagrosa, Margaux Didion-Gency, Eugénie Mas, Arianna Milano, Alex Tunas, Charlotte Grossiord, "High heat tolerance, evaporative cooling, and stomatal decoupling regulate canopy temperature and their safety margins in three European oak species", Global Change Biology, 2 August 2024.
