NONNATIVE - Über die Trockenstressresistenz nicht-heimischer Baumarten und deren Potenzial für einen klimagerechten Waldumbau

Abstract

Projektbeschreibung: Eine waldbauliche Möglichkeit den klimatischen Veränderungen des 21. Jahrhunderts gerecht zu werden ist die Einführung von Gastbaumarten, welche ein begrenztes invasives Potenzial aufweisen. Da jedoch eine Klimaähnlichkeit zwischen Ursprungs- und Anbaugebiet in Deutschland angestrebt wurde bleibt es fraglich, inwiefern solche nicht-heimische Baumarten der kühlgemäßigten nordamerikanischen bzw. ostasiatischen Region tatsächlich eine höhere Trockenstressresistenz als heimische Vertreter der gleichen Gattung aufweisen. Nur in diesem Fall sollte jedoch ihre Anbaufläche erhöht werden. Um diese Wissenslücke zu schließen wurde die Trockenstressresistenz von nicht-heimischen mit der von heimischen Nadel- und Laubbaumarten der gleichen Gattung verglichen. Hierfür wurden Jungbäume von 16 Baumarten bis zur Mortalität hin ausgetrocknet. Für den Artvergleich wurden zusätzlich Altbäume auf strukturellen und funktionellen Holz- und Blatteigenschaften hin untersucht, wodurch die wichtigsten Altersstadien von der Etablierung bis zur Erntereife abgedeckt wurden. Die Aufnahme ökophysiologisch relevanter Merkmale ermöglichte eine Charakterisierung der Trockenstressresistenz der untersuchten Arten, welches mit einer retroperspektivischen Klimasensitivitätsanalyse verglichen wurde. Hierdurch sollte festgestellt werden, ob gewisse nicht-invasive Gastbaumarten trotz der angestrebten Klimaähnlichkeit eine höhere Trockenstresstoleranz aufweisen. Darüber hinaus soll überprüft werden, ob gewisse Herkünfte der nicht-heimischen Baumarten eine erhöhte Trockenstressresistenz und somit Anbauwürdigkeit aufweisen. Hierfür können für eine Auswahl der Nadelbäume (Douglasie, Küsten- und Weißtanne) bereits etablierte langjährige Herkunftsversuche genutzt werden. Der hierdurch abgedeckte Niederschlags- und Temperaturgradient ermöglicht eine Abschätzung der innerartlichen Plastizität und dementsprechend der Anpassungsfähigkeit der jeweiligen Art. Projektergebnisse: Die Wälder der gemäßigten Breiten sind mit zunehmenden Baumsterbeereignissen infolge extremer Dürreperioden konfrontiert. Es ist daher entscheidend die Mechanismen zu verstehen, die den Reaktionen der Bäume auf Trockenheit zugrunde liegen. Diese Reaktionen sind zwar komplex, lassen sich aber in zwei verschiedene Phasen unterteilen: Die erste Phase dauert bis zum Schließen der Stomata (tsc), die zweite bis zum Erreichen kritischer hydraulischer Schwellenwerte im Xylem (tcrit). Wir haben an 16 temperaten Laub- und Nadelbaumarten Trockenversuche durchgeführt, um tsc und tcrit zu bestimmen. Wir konnten zeigen, dass die erste Austrocknungsphase tsc eng mit der Anfälligkeit des Xylems gegenüber Trockenstress verbunden ist. Die zweite Austrocknungsphase tcrit wiederum wird von der Wasserspeicherung und dem Wasserverlust nach Stomataschluss beeinflusst. Trotz der Unterschiede zwischen Nadelbäumen und Laubbäumen konnte unser Modell tcrit zuverlässig vorhersagen. Wir konnten zeigen, dass die Koordination der Reaktion auf Trockenheit zwar komplexer ist als bei einem Ansatz mit nur einem einzigen Merkmal, dass sie aber mit Hilfe der hier erhobenenen Pflanzeneigenschaften wirksam erfasst werden kann. Die hier gewonnen Ergebnisse erlaubten darüber hinaus ein Vergleich der Trockentoleranz von Jungbäumen innerhalb der gleichen Gattungen. Hier musste festgestellt werden, dass unsere heimischen Vertreter bei den meisten Paarungen eine höhere Trockentoleranz aufweisen als die nicht-heimischen Vertreter. In Folgeprojekten sollen diese Ergebnisse auf Altbäume übertragen werden für eine mechanistisch-fundierte Einschätzung der Trockentoleranz temperater Baumarten. Bei der Gradienten-Studie zeigten Douglasien-Herkünften aus dem nördlichen Landesinneren der Pazifikküste in Nordamerika Merkmale einer erhöhten Trockentoleranz verglichen mit den üblicherweise verwendeten Küsten-Herkünften. Datei-Upload durch TIB Project objective: One silvicultural option for coping with the climatic changes of the 21st century is the introduction of non native tree species that have a limited invasive potential. However, as the aim was to achieve a similar climate between the area of origin and the cultivation area in Germany, it remains questionable to what extent such non-native tree species from the cool-temperate North American or East Asian region actually have a higher drought stress resistance than native representatives of the same genus. Only in this case, however, should their cultivation area be increased. In order to close this knowledge gap, the drought stress resistance of non-native species was compared with that of native coniferous and deciduous tree species of the same genus. For this purpose, young trees of 16 tree species were dried out to the point of mortality. For the species comparison, old trees were also analysed for structural and functional wood and leaf properties, covering the most important age stages from establishment to harvest maturity. The recording of ecophysiologically relevant characteristics enabled a characterisation of the drought stress resistance of the investigated species, which was compared with a retrospective climate sensitivity analysis. The aim was to determine whether certain non-invasive host tree species have a higher drought stress tolerance despite the desired climate similarity. In addition, it was investigated whether certain origins of non-native tree species have increased drought stress resistance and are therefore suitable for cultivation. For this purpose, established long-term provenance trials can be used for a selection of conifers such as Douglas-fir. The precipitation and temperature gradient covered by these trials makes it possible to estimate the intra-species plasticity and, accordingly, the adaptability of the respective species. Project results: Temperate forests are facing increasing tree mortality due to extreme drought. It is therefore crucial to understand the mechanisms underlying tree responses to drought. Although these responses are complex, they can be divided into two distinct phases: The first phase lasts until stomatal closure (tsc) and the second until critical xylem hydraulic thresholds are reached (tcrit). We conducted drought experiments on 16 temperate deciduous and coniferous tree species to determine tsc and tcrit. We were able to show that the first stage of desiccation, tsc, is closely related to the susceptibility of the xylem to drought stress. The second desiccation phase tcrit is influenced by water storage and water loss after stomatal closure. Despite the differences between conifers and broadleaves, our model was able to predict tcrit reliably. We were able to show that the coordination of the response to drought, although more complex than originally thought that cannot be covered by a single-trait approach, can be effectively captured by the plant trait syndrome collected here. The results obtained here also allowed a comparison of the drought tolerance of young trees within the same genera. It was found that our native representatives have higher drought tolerance than the non-native representatives in most pairings. In follow-up projects, these results will be extended to old trees for a mechanistically sound assessment of drought tolerance in temperate tree species. In the gradient study, Douglas-fir provenances from the northern interior of the Pacific coast of North America showed characteristics of increased drought tolerance compared to commonly used coastal provenances.