Harz, Fichten bei Schneeschmelze

Wie Nadelbäume überleben können und warum so viele durch den Borkenkäfer befallen wurden.

Gesunde Fichten neben toten Bäumen im Harz bei Torfhaus.

Bei einer Wanderung im Harz durch die vom Borkenkäfer geschädigten und größtenteils abgeräumten Flächen fallen scheinbar gesunde Bäume auf, die sich trotz der massiven Vermehrung des Borkenkäfers gegen einen Befall wehren konnten. Dies führt zu der Frage, was bei diesen anders als bei den befallenen Bäumen ist. Warum konnten diese sich behaupten und wie können die Fichten resistenter gegen den Borkenkäfer werden?

Gesunde Fichten

  • Bessere Wasserversorgung
    Fichten, die näher an einem Graben stehen, haben grunsätzlich auch eine bessere Wasserverfügbarkeit, selbst wenn es trockner wird. Damit können Sie über Harzproduktion ein Eindringen des Käfers entgegenwirken.
  • Standort oder offenere Randlage
    Die überlebenden Fichten haben oft eine Randstellung am Waldrand, an dem sie mehr Platz und mehr Licht zur Verfügung hatten. Es zeigt sich auch, daß sie entweder allein oder zu wenigen in der Gruppe genug Abstand zu benachbarten Individuen hatten.
  • Habitus, die kegelförmige Form
    Es ist erkennbar, das die überlebenden Bäume zum allergrößten Teil benadelte Zweige bis zum Boden haben. In der Gesamtansicht haben diese gesunden Fichten einen kegelförmigen Habitus, der auch an ein Indianertipi erinnert.
    Diese Form einiger Nadelbäume ist eine ökologische Anpassung, die vor allem dann von Vorteil ist, wenn der Baum meist seitlich von der Sonne angestrahlt wird. was subpolaren und nördlichen, gemäßigten Breiten, sowie an Gebirgshängen der Fall ist.
    Die Vorteile einer langanhaltenden Benadelung der unteren Zweige sind unter anderem:
    • Die Fichte ist ein Flachwurzler. Der Schattenwurf der benadelten Zweige im unteren Bereich schützt den Wurzelbereich der Pflanze vor intensiver Erhitzung durch die Sonne. Damit ist der Boden dieser Flachwurzler besser gegen Austrocknung geschützt und besitz ein aktiveres Bodenleben.
    • Mehr nadelbesetzte Zweige kämmen mehr Feuchte aus dem Nebel und damit wird die Wurzel zusätzlich mit Wasser versorgt. Das heruntertropfende Wasser befeuchtet den ganzen Wurzelstandort, aber vermehrt den äußeren Bereich.
    • Die dichten Zweige schützen den Stamm vor starkem Lichteinfall im Sommer. Damit ist er gegen zu starker Erhitzung geschützt.
    • Mit der kegelförmigen Form liegt der Schwerpunkt dieser Bäume weit unten, was diesem Flachwurzler eine bessere Standfestigkeit bei stärkeren Wind verleiht.

Die Erhitzung der Fichten bei Schneeschmelze

Die Nadeln der Fichten und auch Tannen haben eine dunklere Farbe als viele Blätter der Laubbäume. Auch dies ist eine Anpassung an ihren Standort der nördlichen Breiten. Scheint die Sonne, so erhitzen sich die Nadeln stärker als der Schnee, der auf den Zweigen sitzt. Durch diese Wärme kann sich der Baum sowohl schneller vom Schnee befreien als auch früher Wasser für die Photosynthese bereitstellen.
Dieses „Aktiviren“ des Baumes schon vor der Schneeschmelze führt oft zu der Tatsache, dass die Fichten oft schneelos im Nadelkleid stehen, obgleich der sie umgebende Boden noch geforen ist.

Die folgenden zwei Abbildungen zeigen die gleiche Ansicht (einmal als Foto und einmal als Thermografie). Die Aufnahme entstand bei einer Lufttemperatur von 2 Grad Celsius zwischen Bad Harzburg und Torfhaus um 11:42, bei Windstille.

Schmelzender Schnee auf Fichtenzweigen und der kalte Boden drumherum
Foto von Fichtenzweigen bei Schneeschmelze

Die Nadeln der dichten, sonnenbeschienenen Zweige haben sich auf (+ 2o C) erwärmt und werden schneefrei. Im Schatten der Zweige ist der Baum noch unter dem Gefrierpunkt (- 1o C). Nur etwas größere Scheeflächen bleiben länger auf den Zweigen liegen. Bei Wind fallen diese aber herab.

Unterhalb des Baumes ist der Boden sichtbar, denn das herabtropfende Wasser hat den Schnee dort geschmolzen. Durch die Sonne erwärmt sich der Boden auf über 10o C, während der Schnee in der Sonne noch bei – 2o C liegt.

Thermografie von Fichten bei Schneeschmelze

Das Baumsterben in Fichtenschonungen

Bei klassischen Fichtenschonungen zur Holzgewinnung sind die Bäume viel zu eng gepflanzt. Die Bäume behalten ihre Triebe im unteren Teil nicht mehr, sondern verkümmern (natürliche Astreinigung).

Nur die um Licht konkurrierenden Kronen bleiben grün. Dies ist geplant, um die quirlig angeordneten Seitenäste im Holz möglichst reduziert zu halten,
Mangel herrscht aber nicht nur bei dem Licht, sondern auch im Wurzelraum, der sich sozusagen zu überlappen scheint. Der Standraumbedarf der Bäume zum Wurzelwachstum wird nicht respektiert.
Das führt nicht nur zu einer Konkurrenz beim Wasser und den Nährstoffen im Wurzelbereich, sondern muss sich auch durch einen zu kleinen Wurzelraum äußern. Die phänotypischen Vorteil einer Resilienz des Baumes gehen verloren:

  • Die Kegelform
    Bei Stürmen wirkt einerseits dieser kleine Wurzelraum als auch der sehr weit oben gelegene Schwerpunkt des Baumes (aufgrund fehlender Kegelform) destabilisierend, so dass die Fichten leicht umfallen oder abknicken.
  • Ein Großteil des Stammes wird schon sehr früh durch die Sonne erwärmt, welches die Vermehrung von Schadinsekten wie den Borkenkäfer unter der Rinde fördert.
    Besonders, wenn durch Windbruch und Sturm Lücken in den Forst gerissen wurden, kann die Sonne durch Wärmestrahlung die Stämme der Fichten erhitzen, noch bevor das Bodeneis richtig geschmolzen ist und die Pflanzen Wasser aufnehmen können.
Thermografie Waldrand
Erwärmung der Fichtenstämme durch Sonnenstrahlung

Globale Entwaldung und der biotische Oberflächenschwund

Die Entwaldung des Planeten schreitet rapide voran. Dabei sind es vier Hauptfaktoren, die das Ausmaß bestimmen:

A. Die Brandrodung durch den Menschen zur Gewinnung von Agrar- und Weideland.
B. Extremwetterbedingungen, die zum Sterben der Bäume, z.B. aufgrund fehlenden Wassers, führen.
C. Befall durch schadhafte Pilze (z.B. dem Schleimpilz Phytophora) und Insekten (z.B. dem Borkenkäfer)
D. Natürliche Waldbrände, wie sie derzeit überall auf der Erde im Sommerhalbjahr auftreten.

Das Zusammenspiel der großen Blattoberfläche von Wäldern als Reaktion auf die Globalstrahlung spielt hier die entscheidende Rolle. Wir verlieren beim Verlust eines Hektars Wald nicht nur dieses Areal, sondern ein Vielfaches an strahlungsmindernder und schützender Blattoberfläche.

Der Schutz der Erdoberfläche durch den Wald

Zerstreuung der Sonneneinstrahlung durch die unterschiedlichen Blattebenen eines Regenwaldes

Die Sonneneinstrahlung ist die maßgebliche Energie, die alles Leben auf der Erde ermöglicht.
Durch die Photosysthese der Pflanzen wird die Nahrung geschaffen, die sämtliches tierische Leben ermöglicht.
Die Sonne schafft durch das Aufheizen der Atmosphäre auch ein erträgliches Klima für die Lebenwesen in der Biosphäre.

Wenn die Sonneneinstrahlung aber zu lang und zu intensiv erfolgt, kann dies aber verheerende Folgen haben und den Tod des Bodens und der Vegetation hervorrufen. Entsprechend der geografischen Lage auf der Erdkugel ist die konstante Sonneneinstrahlung unterschiedlich und nimmt von den Polen zum Äquator zu. Die Pflanzen haben sich entsprechend den Strahlungsbedingungen angepasst.

Während in Deutschland die Strahlung zwischen 900 und 1200 kW/h pro m2 und Jahr liegt, ist sie in Spanien mit etwa 2000 kW/h pro m2 schon rund 100% höher. In der Sahara nähe des Äquators beträgt sie rund 2500 kw/h pro m2 und Jahr und ist damit 150% stärker als in Deutschland. http://Globalstrahlung bei Wikipedia

Am Äquator ergeben sich für die Pflanzen eines Waldes starke Strahlungsintensitäten, an die sie angepasst sein müssen und die verarbeitet werden müssen und extremere Klimate, die die Pflanzen aushalten müssen. Die Überlebensstrategien sind weit aus anders als etwa boreale Wälder an den Polarkreisen.
Es wird oft berichtet, daß tropische Regenwälder den Großteil des Lichtes absorbieren und nur wenig Licht den Boden erreicht.
Das ist natürlich nicht immer der Fall, aber durch ihren stockwerkartigen Aufbau haben sie aber pro Quadratmeter Standfläche eine zwischen 6 bis 16 fach größere Blattoberfläche. – Blattflächenindex (BFI) von 6 bis 16.
Eine Ackerfläche hat vergleichsweise einen geringen BFI von weniger als 1 und Grasland unter 3.

Mit dieser großen Blattoberfläche gelingt es, die einfallende Strahlenintensität pro Oberfläche zu mindern, indem sie reflektiert und zerstreut wird. Der Teil der Strahlung, der das Blatt durchdringen kann, wird durch die nächste Blattoberfläche weiter abgeschwächt.
Das Phänomen ist etwa vergleichbar mit der Schalldämpfung in Tonstudios, die aufwändige, genoppte Oberflächenstrukturen aufweisen, um eine Reflektion des Schalls zu mindern. Mit der großen Blattoberfläche wird die schädliche Strahlungsenergie auf ein erträgliches Minimum reduziert.

Durch die Transpiration der Blätter wird nicht nur diese Energie abgefangen sondern auch ein optimales Mikroklima im Wald für die Photosysthese geschaffen …. die Energie wird absorbiert.

Die Strahlung in der Nähe des Äquators auf einen Quadratmeter von Wald bewachsenen Boden würde im Jahr 2500 kW/h m2 betragen. Bei einem Blattflächenindex von 9 würde sich die Energie durchschnittlich auf 277,8 kW/h pro m2 Blattfäche reduzieren (2500/9 kW/h)
Eine Energie, mit der die Pflanzen besser umgehen können, zumal die Sonne im Regenwald nicht bis auf den Boden durchdringt und sich dieser so nicht erhitzt, so dass der Wasserkreislauf erhalten bleibt.

Beim Roden des Waldes und der Umwandlung in Grasland dreht der Mensch dieses günstige Verhältnis der geringen Energie pro Blattoberfläche um, da er die Blattoberfläche vernichtet.
Die entstandene Reduzierung der Blattoberfläche zu einem BFI von 2 bedeutet dann, dass die Vegetation und der Boden nicht mehr mit 277,8 kW/h, sondern mit einer Energie von 1250 kW m2 (2500 kW/2) umgehen muss.
Das ist eine Steigerung der Energieeinstrahlung von über 400% auf die Pflanzenoberfläche. Damit einhergehend ist die Rückstrahlung an Wärmeenergie vom Boden in die Atmosphäre entsprechend auch stärker. Die Möglichkeit der Absorbtion geht verloren.

Der Verlust an globaler, sonnenexponierter Blattoberfläche

Die Landoberfläche der Erde beträgt 149,4 Mio. km2, das sind 29,3% der Erdoberfläche. Die Meerersoberfläche hat demnach mit 361,2 Mio. km2 (etwa 71% der Erdoberfläche).
R.H. Waring und S.W. Running (Forest Ecosystems: Analysis at Multiple Scales, Academic Press, 2007) haben festgestellt, daß die Waldoberfläche vor der menschlichen Zivilisation etwa bei 60 Mio km2 lag.

Nach einer Untersuchung zum Waldstatus der FAO von 2018 belief sich die restliche Waldfläche weniger als 40 Mio. km2. (The State of the World’s Forests 2018. Forest Pathways to Sustainable Development, Food and Agriculture Organization of the United Nations Rome (2018)).
Das bedeutet einen Verlust von über 30% Waldfläche durch den Menschen, der derzeit auch noch drastisch zunimmt.

Eine theoretische Betrachtung von mir:
Würde man die von der Sonne bestrahlte Landfläche der Erde und seiner Wälder unter Einbezug des Blattflächenindex (hier 9) kalkulieren, würde sich die folgende Oberflächenkalkulation ergeben:

Sonnenexponierte
Oberfläche (in km2)
Blattobefläche
vor Zivilsation
Blattoberfläche
heute
Differenz
Landfläche unbewaldet
(BIattflächenindex 2)
178,8 Mio. km2
(89,4 *2)
200,8 Mio km2
(100,4 *2)
+ 22 Mio km2
ca. +12,3 %
Landfläche bewaldet
(Blattflächenindex 9)
540 Mio. km2
(60,0 * 9)
360 Mio. km2
(40,0 * 9)
– 180 Mio km2
ca. -33,3 %
Gesamtoberfläche718,8 Mio km2560,8 Mio. km2– 158 Mio km2
– 22,1 %
Oberflächenberechnung unter Einbeziehung der Blattoberfläche

FAZIT: Wir hätten nach dieser theoretischen Betrachtung die Erde um eine 158 Mio km2 große sonnenaktive, CO2 bindende und O2 produzierende Blattoberfläche beraubt, das wäre mehr als die gesamte Erdoberfläche von 149,4 km2

Immergrüne Pflanzen schützen bei Klimawandel

Das Problem:
Wir haben es im Frühjahr 1918 erlebt: Das Frühjahr war heiß.
Eine lang anhaltendende trockene Hitzeperiode führte dazu, dass die Böden kein Wasser aufnehmen konnten. Die Laubbäume hatten ihr Blätterdach noch nicht entfaltet und so konnte die Sonne auch großflächig die Waldböden austrocknen. Warme Winde aus Süden taten ihr Zusätzliches, um die Böden auszutrocknen. Das fehlende Wasser fehlte dann bei der Entfaltung des Laubes und führte zu frühem Wassertress bei den Laubbäumen. Diese Wetterkonstellationen wird es in Zukunft regelmäßig geben.

Immergrüne Bäume gegen die globale Erwärmung
Nadelbaumbestände sind immergrün. Die grünen Nadeln können über 10 Jahre alt werden und damit können sie wesentlich länger als Laubbäume CO2 binden. Wenn man den Wald klimafest gegen die globale Erwärmung machen will, müssen unsere deutschen Wälder auch einen Bestandteil an Nadelbäumen haben.

Nadelbäume
Da die Sonne im Frühjahr noch nicht die Höhen des Sommers erreicht, ist es besonders wichtig, dass die Ränder von Laub- und Nadelwäldern von der Seite her geschützt sind.
An ungeschützten Waldrändern dringen die Sonnenstrahlen wie auch die warmen Winde in die Wälder vor und trocknen die Bestände vom Rand her aus.
Ohne den Menschen wäre der natürliche Rand eines Waldes durch eine Sukkzessionszone geschützt, in der junge Bäume und Büsche den Rand schützen.
Das Pflanzen von Nadelbäumen an Waldrändern kann die folgenden Vorteile bieten:

  • Schutz gegen kalte Winde, die in den Forst eindringen.
  • Schutz gegen zu warme Winde, die den Waldboden austrocknen.
  • Beschattung der Waldränder und damit Senken der Bodentemperatur und Verdunstung
  • Mehr CO2-Bindung auch in laubfreien Zeiten

Auch innerhalb eines Laubbaumbestandes können Nadelbäume durch Schattenwurf und als Windschutz zum Kleinklima des Bestandes beitragen.

Immergrüne Laubbäume
Neben den Nadelbäumen gibt es eine Reihe von immergrünen Pflanzen, die aber mehr im Gartenbereich eine Rolle spielen, wie z.B. die Stechpalme, der Lorbeer, Rhododendron oder Zypressen.
Weitere Baum und Buscharten mit immergrünem Laub kann man auch beim Gärtner oder in der Baumschule erfragen und sollten zum Schutz des Bodens auch vermehrt in Gärten gepflanzt werden.