Birken, Kiefern und das Wasser

Brandenburg zählt mit weniger als 300 mm Niederschlag in der Wuchsperiode zu den trockensten Regionen Deutschlands. Sandböden lassen das Regenwasser zumeist schnell versickern. Nur wenige Waldgehölze sind hier wuchsfreudig und vital. Zu ihnen gehört neben Eiche und Kiefer auch Birke. Als Pionierbaumarten sind die beiden zuletzt Genannten lichtbedürftig und besiedeln durch eine große Zahl weit fliegender Samen effektiv Lücken und Freiflächen. Dank ihres raschen Jugendwachstums leiten sie eine schnelle Waldbedeckung ein und treten häufig gemeinsam auf. Damit beginnt ein Wettkampf um lebenswichtige Ressourcen.

 

Intensivmessfläche

In der Nähe von Finsterwalde im Süden Brandenburgs haben wir im Frühjahr 2018 eine Versuchsfläche eingerichtet. Hier konkurrieren etwa 40 Jahre alte Birken und Kiefern miteinander um Licht, Wasser und Nährstoffe.
Mit großer Sorgfalt messen wir seitdem unterschiedliche Faktoren, die das Wachstum der Bäume beeinflussen. Unter anderem verfolgen wir den Weg des Wassers ganz genau, um festzustellen, welche Baumart diese knappe Ressource besser nutzen kann.

 Intensivmessflächen

 Messflächen

Basiswissen zum Weg des Wassers

Der Niederschlag trifft zunächst auf die Baumkrone. Dort bleibt ein Teil des Wassers „hängen“, die Interzeption. Von dort verdunstet es gleich wieder (Evaporation) oder fließt am Stamm bis zum Waldboden hinab (Stammablauf). Die Baumkrone kann hier wie ein Trichter wirken und den Regen gezielt an die eigenen Wurzeln heranleiten. Der selbe Effekt lässt sich auch bei den Bodenpflanzen beobachten. Bevor das Wasser jedoch in die Erde gelangt, kann noch ein Teil des Niederschlags oberirdisch abfließen (Oberflächenabfluß). Im Wald versickert dadurch insgesamt deutlich weniger Wasser als auf einer baumfreien Fläche.

Einmal im Boden gespeichertes Wasser füllt den Grundwasservorrat auf oder verdunstet langsam (Evaporation). Zusätzlich nehmen die Bäume mit ihren Wurzeln Wasser aus der Tiefe auf und leiten es über das Stamm-Innere bis in die Krone. Dort findet an den Blättern und Nadeln die Wasserabgabe an die Umgebungsluft statt. Diesen Vorgang nennt man Transpiration. In der Hydrologie wird für die Summe aus Transpiration und Evaporation der Begriff der Evapotranspiration verwendet.

All diese Vorgänge können auch in einer Formel dargestellt werden. Hierbei ist die Summe aller Niederschläge genauso groß wie die Evapotranspiration mitsamt dem Abfluss. Über diese Wasserhaushaltsgleichung lassen sich nur schwer messbare Vorgänge wie die Transpiration aus leichter erfassbaren Kenngrößen ableiten.

Das Klima im Wald unterscheidet sich vom Freiland deutlich: Extreme werden abgemildert, die Luftfeuchtigkeit ist höher und die Niederschlagsmenge geringer. Die exakten Witterungsverhältnisse auf der Intensiv-Messfläche erfasst die Klimastation. Sie misst kontinuierlich Windstärke und -richtung, Lufttemperatur und -feuchtigkeit sowie den Niederschlag, der unter dem Kronendach ankommt. Zusätzlich zu dieser Punktmessung wird an 10 Niederschlagssammlern die Regenmenge im 14-Tages-Rhythmus protokolliert.

Ein großer Teil des Niederschlags gelangt über die Äste und den Stamm in den Boden. Dieser Stammablauf wird u.a. vom Kronenaufbau und der Rindenstruktur beeinflusst. Auf der glatten weißen Birkenrinde fließt das Regenwasser leichter herunter als auf der groben Kiefernborke. Die genaue Menge wird über eine Rinne gemessen, die wasserdicht am Stamm installiert wurde.

Der Saftfluss im Inneren des Stammes ist eine wichtige Größe zur Ableitung des Wasserverbrauchs des Baumes. Gemessen wird er mithilfe der Temperaturveränderung zwischen einer beheizten und unbeheizten Nadel, die im Holz installiert werden. Wann beginnt der Saftfluss im Frühjahr und wie reagieren Birke und Kiefer auf Trockenheit und Hitze? Auf diese Fragen werden Antworten gesucht.

An drei Stellen wird im Boden der aktuelle Wassergehalt in 30, 60 und 100 cm Tiefe registriert. Zusätzlich wollen wir wissen, wieviel Saugkraft die Pflanzen ansetzen müssen, um die vorhandene Feuchtigkeit aufzunehmen. Dafür kommen Tensiometer zum Einsatz. An drei Stellen gehen jeweils 9 Kabel in den Boden, um Bodentemperatur, Wassergehalt und Saugspannung zu messen.

Messung des Durchmesserzuwachses
Frühjahrssaft der Birke
Waldinventur bei Altdöbern
Bodenprobenahme am Profil
Globalstrahlungssensor
Leerung der Streusammler
Windgeschwindigkeitsmesser
Humusbeprobung
Schutzgehäuse für Temperatur- und Feuchtigkeitsmessung
Baummessung durch eine Schülerin
Windrichtungsmesser
Niederschlagssammler im Wald
Messeinrichtung zum Saftfluss

Kontakt

Forschungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V.

Christoph Ertle, Hans Küchenmeister
Tel.: 03531 7907-18, -28
Mail: c.ertle@fib-ev.de, h.kuechenmeister@fib-ev.de

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