Je wärmer es zu Jahresbeginn ist, desto früher lassen Bäume ihr Laub fallen
Wie schnell die Blätter von Bäumen in einem Jahr altern, ist nicht fest einprogrammiert. Modelle, die den Effekt eines Klimawandels auf Vegetation und den Kohlenstoffkreislauf vorhersagen, sollten das berücksichtigen.
Dieses Jahr hat eindrücklich gezeigt: Herbstfärbung und Blattfall können bereits im Sommer einsetzen. Hitze und Trockenheit sorgten dafür, dass manche Bäume das Laub schon im Juli abwarfen. Die Konsequenzen für den Wald sind unklar und werden weitgehend davon abhängen, ob sich solche extremen Wetterereignisse wiederholen.
Eigentlich ist die Verfärbung und das Abwerfen des Laubs, auch Seneszenz genannt, ein aktiv eingeleiteter und kontrollierter Prozess. Bevor der erste Frost kommt, entziehen die Bäume den Blättern Nährstoffe und speichern sie in Ästen, Stamm und Wurzeln. Dies bildet einen Vorrat, der für die Entwicklung neuer Blätter im nächsten Frühling wieder mobilisiert werden kann.
Waldökologieforschende vermuten jetzt, dass es im vergangenen Sommer vielen Bäumen nicht gelungen ist, diese Reserven rechtzeitig zu absorbieren und die wertvollen Nährstoffe zu speichern − bevor Hitze und Trockenheit die Blätter beschädigten und das natürliche Seneszenz-Programm erfolgte.
Kälte ist nicht alleine Trigger
Doch nicht jede frühe Blattalterung ist unfreiwillig, wie ein vom SNF gefördertes Team um den Ökologen Yann Vitasse jetzt nachgewiesen hat. Die Forschenden haben gezeigt, dass günstige, warme Bedingungen im Frühling eine reguläre, aber frühe Seneszenz auslösen können. Diese setzt je nach Baumart und Umständen mehrere Wochen früher ein.
Lange galt die Vermutung, dass niedrige Temperaturen und kürzere Tage im Herbst das Startsignal für die Blattalterung geben. Doch diese Erklärung allein reicht nicht. «Modelle, die nur auf Herbsttemperaturen und Tageslänge beruhen, können den Zeitpunkt der Seneszenz nicht vorhersagen», sagt Vitasse, Forschungsgruppenleiter an der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).
Junge Winderlinden im Versuch
Es müssen also noch weitere Faktoren im Spiel sein. Neuere Studien wiesen darauf hin, dass wärmere Temperaturen zu Beginn der Wachstumsphase den Zeitpunkt der Blattalterung beeinflussen könnten. Diesen Effekt testete das Team von Vitasse nun gezielt in einem Experiment mit Jungbäumen von drei häufigen einheimischen Laubbäumen: Hainbuche, Winterlinde und Spitzahorn.
Für den Versuch wurden 48 eingetopfte junge Bäume pro Art in offenen Gewächshäusern gehalten. Die Hälfte davon diente als Kontrollgruppe und war der natürlichen Umgebungstemperatur ausgesetzt. Die andere Hälfte bekam von Januar bis Mitte Juni warme Luft zugeblasen, sodass die Temperatur immer etwa um fünf Grad Celsius wärmer war als bei den Kontrollpflanzen.
Nach der Sommersonnwende wurden alle Bäume wieder den gleichen Bedingungen in einem nicht beheizten Gewächshaus ausgesetzt. Während des Experiments beobachteten die Forschenden, wann die Blätter austrieben, wie schnell die Bäumchen wuchsen und Reserven ansammelten und wann die Blattalterung einsetzte.
Frühes Wachstum, volle Reserven
Dabei fanden sie massgebliche Unterschiede zwischen den Bäumen, welche die erste Jahreshälfte bei wärmeren Temperaturen verbrachten, im Vergleich zu den Kontrollbäumen: Erstere trieben ihre Blätter zwei bis vier Wochen früher aus. Bei der Hainbuche und der Winterlinde nahm auch der Stammdurchmesser stärker zu; sie wuchsen also besser. Und bei diesen beiden Arten begann auch die Blattseneszenz drei bis vier Wochen früher.
«Unsere Hypothese ist, dass diese Bäume, wenn es früh warm ist, schon früher im Jahr ins Wachstum investieren und Energiereserven aufbauen. Dies könnte dazu beitragen, das Programm der Blattalterung früher in Gang zu setzen», sagt Vitasse. Dafür spricht auch, dass diese Bäume schon zu Beginn des Sommers viel Stärke, einen Stoff zur Energiespeicherung, in den Ästen angesammelt hatten.
Der Spitzahorn schert aus
Der Spitzahorn folgte diesem Muster allerdings nicht. Obwohl er bei wärmeren Temperaturen ebenfalls früher austrieb, waren weder das Wachstum noch die Ansammlung von Stärke beschleunigt. Auch die Blattalterung erfolgte nicht früher als bei den Kontrollbäumchen.
«Beim Spitzahorn ist das Austreiben im Frühling anscheinend stärker durch das Vorjahr bestimmt. Er reagiert daher weniger auf gute Wachstumsbedingungen», so Vitasse. Solche Unterschiede zeigen, wie wichtig es ist, immer verschiedene Baumarten in Experimente einzuschliessen.
Blattabwurf beeinflusst Kohlenstoffkreislauf
Noch ist nicht klar, welcher Faktor genau bei Baumarten wie Hainbuche und Winterlinde über die frühe Seneszenz entscheidet: das schnelle Austreiben der Blätter an sich, das dadurch beschleunigte Wachstum oder die damit assoziierte Ansammlung von Reserven.
Dies möchte Vitasse nun mit neuen, vom SNF geförderten Projekten herausfinden. Er plant weitere Experimente im Labor sowie Beobachtungen im Freiland und Auswertung von Satellitendaten. Auch den Effekt von Trockenheit auf die Blattalterung wollen die Forschenden näher anschauen.
«Diese Informationen brauchen wir unbedingt, um vorherzusagen, wie Vegetation und Kohlenstoffkreislauf der Erde auf den Klimawandel reagieren», so Vitasse. Denn solche Modelle müssen einberechnen, wie viel Kohlenstoff die Wälder in Zukunft noch aufnehmen können. Die Blätter nehmen CO2 durch Fotosynthese auf. Ein früheres Ende der Wachstumsperiode könnte also den Zeitraum verkürzen, in dem Wälder Kohlenstoff binden.
Fünf Grad mehr im Frühling
Die in seinem Experiment simulierte Temperaturerhöhung von fünf Grad Celsius sei zwar keine direkte Vorhersage für die künftige durchschnittliche Erwärmung, so Vitasse. Aber solche ungewöhnlich warmen Bedingungen könnten künftig im Frühling häufiger auftreten.
Die unterschiedlichen Reaktionen der einzelnen Baumarten unterstreichen zudem, wie wichtig es ist, die Vielfalt der Wälder zu erhalten. «Je diverser die Zusammensetzung der Arten, umso höher ist die Resilienz gegenüber Stress und grossen Umweltveränderungen.»