Forschungsschwerpunkt Genetik und Dendroökologie der Rotbuche - Trockenstress, In-vitro-Kultur und Genomik (BucheTIG); Teilvorhaben 3: Genetische, standörtliche und behandlungsbedingte Komponenten von trockenstressrelevanten anatomischen Jahrringmerkmalen und der Baumarchitektur der Rotbuche in natürlichen Populationen

Abstract

Projektbeschreibung: Die Trockenstresstoleranz der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) wird seit einigen Jahren zunehmend kritisch hinterfragt. Um die Vitalität, Anpassungsfähigkeit, Resilienz und Produktivität von Buchenbeständen auch in Zukunft sicherzustellen, wurden in früheren Studien z.B. Durchforstungen, Erhöhung der genetischen Diversität und die Identifikation von trockenstresstoleranten Genotypen als geeignete Instrumente empfohlen. Es besteht aber weiter Notwendigkeit hinsichtlich Studien, welche ihren Fokus neben dem Wachstum auch auf die Baumarchitektur und das Wasserleitungssystem sowie deren Zusammenhang legen. Das Ziel dieser Studie war es, den relativen Anteil umweltbedingter und genetischer Einflüsse auf eine Vielzahl phänotypischer Merkmale von naturverjüngten ca. 100-jährigen Reinbeständen der Buche zu quantifizieren. Die untersuchten Bestände befinden sich auf einer kühl-feuchten Nordost- (NO) und einer warm-trockenen Südwest- (SW) Exposition auf gegenüberliegenden Seiten eines Tals in der Schwäbischen Alb. Drei waldbauliche Behandlungen (Kontrolle, starke und sehr starke Durchforstung) wurden 1999 auf beiden Expositionen durchgeführt. Verwandtschaftsanalysen auf der Grundlage von Mikrosatellitenmarkern identifizierten 126 Halbgeschwisterfamilien mit insgesamt 722 Bäumen. Terrestrisches Laserscanning wurde zur Phänotypisierung von Merkmalen der Baumarchitektur (BHD, Baumhöhe und Kronenvariablen) und zur Ableitung von Konkurrenzindizes eingesetzt. Quantitative Holzanatomie wurde angewandt, um die Struktur und Verteilung der wasserleitenden Gefäße auf der Grundlage von Zuwachsbohrkernen aus Brusthöhe basierend auf einer Teilstichprobe von 367 Bäumen zu erfassen. Die Zusammenhänge zwischen der saisonalen Variation der Wasserverfügbarkeit und der Anatomie wurden mit dendroökologischen Zeitreihenanalysen geprüft. Die Effekte von endogenen und exogenen Faktoren auf die verschiedenen Phänotypen wurden mit gemischten Modellen sowie Varianzkomponentenanalysen quantifiziert. Projektergebnisse: Auf beiden Expositionen zeigte der Gefäßdurchmesser signifikant positive bzw. die Gefäßdichte signifikant negative Korrelationen mit der Wasserverfügbarkeit während des Sommers. Mit zunehmender Baumhöhe und Kronenvolumen sowie bei geringerer Konkurrenz nahm der Gefäßdurchmesser auf beiden Expositionen signifikant zu. Die Effekte der Durchforstung führten damit zwar zu einer Steigerung der hydraulischen Konduktivität, jedoch nicht notwendigerweise auch zu einer Verbesserung der hydraulischen Sicherheit. Die weitlumigen Gefäße und die geringe Gefäßdichte auf der SW-Exposition im Vergleich zur NO-Exposition bei gleicher Baumdimension deuten auf eine riskantere Strategie hin, um die hydraulische Leitfähigkeit auf Kosten der hydraulischen Sicherheit zu maximieren. Die Effekte der Familie auf die Baumarchitektur waren signifikant, aber im Vergleich zum Einfluss der Konkurrenz und Exposition eher gering. Deutlich stärker ausgeprägt waren die Effekte der Familie auf das Wasserleitungssystem, wobei auch dieses vor allem durch die Konkurrenzsituation modifiziert wurde. Die hier vorgestellten Ergebnisse bieten neue Einblicke in die genetische und umweltbedingte Steuerung phänotypischer Merkmale auf unterschiedlichen Skalenebenen und tragen zum besseren Verständnis der Anpassungsfähigkeit der Rotbuche in natürlichen Populationen bei.