Wie sieht die Zukunft der Wälder in einer wärmeren, trockeneren Welt aus? In den letzten 25 Jahren Bäume sind gestorben aufgrund der Auswirkungen des Klimawandels auf der ganzen Welt. In Afrika, Asien, Norden Amerika, Südamerika Und EuropaTrockenstress wird durch Hitze verstärkt Bäume, die Jahrhunderte überlebt haben, werden getötet.
Es können über Jahrtausende hinweg alte Bäume gewachsen sein, die feuchter waren als in den letzten 20 Jahren. Wir sind Wissenschaftler, die studieren Walddynamik, Pflanzenökologie Und Pflanzenphysiologie. In einer aktuellen Studie haben wir herausgefunden, dass Bäume das können Erinnern Sie sich an Zeiten, als es reichlich Wasser gab und dass diese Erinnerung ihr Wachstum noch viele Jahre nach dem Ende der Nassphasen prägt.
Diese Forschung stimmt uns optimistisch, dass junge Bäume von heute, die nie Regenfälle des 20. Jahrhunderts erlebt haben, ihre Struktur nicht auf den Wasserreichtum ausgerichtet haben und daher möglicherweise besser für das Überleben in einer chronisch trockenen Welt gerüstet sind.
Was wäre, wenn wir den Wald bewässern?
Diese Studie basiert auf fast 20 Jahren Waldforschung als Reaktion auf Frühwarnzeichen für Waldverluste in den 1990er Jahren im Trockenen Rhône-Tal der Schweizer Alpen. Damals beobachteten Wissenschaftler Waldkiefern, die etwa 100 Jahre lang gestanden hatten waren im Niedergang und im Sterben. Sie fragten sich, ob Dürre oder andere Klimafaktoren für diesen Verlust verantwortlich waren.
Um diese Frage zu beantworten, haben Forscher am Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft entwarf ein ökologisches Experiment. Um die Auswirkungen der Dürre zu verstehen, bewässerten sie einen ausgewachsenen Wald, wodurch sich der natürliche Sommerniederschlag verdoppelte, und verglichen dann, wie sich diese wasserreichen Bäume im Vergleich zu denen entwickelten, die nur natürlichen Niederschlag erhielten.
Der Pfynwald-ExperimentDas 2003 ins Leben gerufene Projekt hat gezeigt, dass Bäume in bewässerten Parzellen schneller überlebten. Nach 17 Jahren Bewässerung das Team fanden heraus, dass Bewässerung den Bäumen nicht nur dabei hilft, Trockenphasen zu überstehen, sondern auch steigerten ihre Wachstumsraten.
Die Baumphysiologin Leonie Schönbeck forscht im Pfynwald, einem Naturschutzgebiet in der Südschweiz, um herauszufinden, wie Bäume Energie aufnehmen und speichern und ihre Reserven nutzen, um sich von Dürreperioden zu erholen.
Legacy-Effekte sind die Erinnerungen des Waldes
Bäume, die von Dürre betroffen sind, verändern ihre Blätter, ihr Holz und ihre Wurzeln auf eine Weise, die sie auf anhaltende Trockenheit vorbereitet. Trockenes Holz kann kleinere Zellen aufweisen, die weniger anfällig für künftige Schäden sind, und die Wurzeln könnten im Verhältnis zur Blattfläche zunehmen. Diese strukturellen Veränderungen bleiben auch nach der Dürre bestehen und beeinflussen noch viele Jahre lang das Wachstum und die Stresstoleranz des Baumes.
Bekannt als „Legacy-Effekte„Diese anhaltenden Auswirkungen nach der Dürre stellen eine ökologische Erinnerung an vergangene Klimabedingungen auf Baum- und Waldebene dar. Da die Forscher wussten, dass Bäume eine dauerhafte Erinnerung an vergangene Trockenphasen haben, fragten sie sich, ob sie möglicherweise auch strukturelle Veränderungen als Reaktion auf vergangene Regenperioden zeigen .
Elf Jahre nach Beginn der Sommerbewässerung in Pfynwald stellten Wissenschaftler die Bewässerung ein die Hälfte jedes Grundstücks im Jahr 2013, um dieser Frage nachzugehen. Die ehemals bewässerten Bäume, die zu diesem Zeitpunkt etwa 120 Jahre alt waren, hatten eine lange Zeit der Bewässerung hinter sich – doch nun waren die Zeiten des Überflusses vorbei.
Würden sich die Bäume erinnern? Ein Jahrzehnt später fanden wir es heraus.
Bäume, Züge und Teilchenbeschleuniger
An einem frühen Märzmorgen im Jahr 2023 trafen sich zwei von uns (Alana Chin und Marcus Schaub) in Pfynwald, um sehr frische Blatt- und Zweigproben zu sammeln, damit wir und Kollegen hineinschauen konnten, um nach Anzeichen für dauerhafte Auswirkungen des vergangenen Wasserreichtums zu suchen.
Vor Ort kletterten wir auf Zugangstürme zum Blätterdach, um neu gewachsene Baumkronenblätter und Zweige von Kontrollbäumen einzusammeln, die noch nie bewässert worden waren; Bäume, die seit 2003 jeden Sommer bewässert wurden; und ehemals bewässerte Bäume, die seit 2013 kein Bewässerungswasser mehr erhalten hatten.
Wir brachten unsere Proben zum Schweizer Lichtquelleein äußerst kraftvolles Synchrotron– eine Art Teilchenbeschleuniger, der die intensivsten Lichtstrahlen der Welt erzeugt. Diese Einrichtung ist die Heimat von der KATEReine extrem hochauflösende Röntgenaufnahme, die es uns ermöglichte, in das Innere unserer Blätter und Zweige zu schauen, ohne deren Struktur zu stören.
Das Scannen unserer Proben dauerte die ganze Nacht, aber als wir aus dem Gebäude stolperten, hatten wir Bilder, die jede Zelle bis ins kleinste Detail erfassten.
Die Erinnerung an Wasser
Wir fanden heraus, dass sich die neuen Blätter einmal bewässerter Bäume sowohl von kontinuierlich bewässerten Bäumen als auch von nie bewässerten Kontrollbäumen unterschieden. Blätter führen Photosynthese durch, die das Überleben und Wachstum eines Baumes fördert. In ihnen konnten wir das Erbe des Wasserreichtums der Vergangenheit erkennen, das sich in der Größe, Form und Anordnung der Zellen widerspiegelte.
Als wir diese zelluläre Signatur lasen, stellten wir fest, dass ehemals bewässerte Bäume auf Kosten der produktivitätsfördernden Strukturen alle Anzeichen von chronischem Wasserstress zeigten – sogar mehr als nie bewässerte Bäume. Anhand ihrer Anatomie haben wir gesehen, warum diese Bäume 11 nasse Jahre lang problemlos durchgehalten haben wuchsen nun langsam.
Jede Zelle in einem Blatt bringt einen Kompromiss mit sich. Bäume müssen Investitionen in eine schnelle Photosynthese mit anderen Investitionen, die das Überleben der Blätter fördern, in Einklang bringen. Anstatt die Zellen zu bauen, die dazu dienen, Sonnenlicht zu sammeln und Zucker an den Rest des Baumes zu transportieren, zeigten die Blätter der bewässerten Bäume alle erdenklichen Anzeichen von Trockenstress.
Nachdem die Bäume 11 Jahre lang zusätzliches Wasser erhalten und dann verloren hatten, produzierten sie neue, winzige Blätter, die hauptsächlich in ihr eigenes Überleben investierten. Die Blätter waren strukturiert, um sich vor Insekten und Trockenheit zu schützen und Wasserreserven zu speichern. Verglichen mit den Blättern von Bäumen, die nie bewässert worden waren, sahen diese aus, als befänden sie sich mitten in der Dürre des Jahrhunderts.
Obwohl diese Erinnerung an Wasser negativ erscheinen mag, hat sie den Bäumen wahrscheinlich einst dabei geholfen, aus früheren Bedingungen zu „lernen“, um in wechselnden Umgebungen zu überleben. Die ehemals bewässerten Bäume wussten nicht, dass der Mensch ihnen einen Streich gespielt hatte. Wie Bäume, die den Klimawandel erlebten, konnten sie nicht wissen, dass das Wasser nicht zurückkommen würde.
Wenn Bäume von einer Dürre betroffen sind, kann die Wiederherstellung bedeuten, dass sie erreicht werden eine „neue Normalität“.„Zustand, in dem sie bereit sind, die nächste Dürre zu überstehen, mit kleineren, weniger anfälligen Zellen und größeren Energiereserven, die sie für künftige Trockenperioden „aufsparen“ können. Möglicherweise haben sie tiefere Wurzeln oder einen kleineren Blattvorrat als Stütze, was ihnen hilft Bereiten Sie sich auf eine instabile Umgebung vor.
Wir wollten wissen, ob das Gleiche auch für Bäume gilt, die Wasserreichtum erlebt haben. Warteten sie verzweifelt auf die Rückkehr des Wassers?
Harte Zeiten können harte Bäume hervorbringen
In einigen gemäßigten Wäldern, wie denen, die wir in der Schweiz untersucht haben, verfügten alte Bäume einst über einen Wasserreichtum, der dank des Klimawandels heute nicht mehr vorhanden ist. Dieser vergangene Überfluss könnte strukturell und bedingt sein epigenetisch Veränderungen in den Bäumen die nicht zur heutigen trockeneren Welt passen. Wenn dies zutrifft, dann könnten einige der heutigen verheerenden globalen Baumsterblichkeitsereignisse teilweise auf die Nachwirkungen des Wasserreichtums der Vergangenheit zurückzuführen sein.
In den meisten gemäßigten Wäldern der Welt ist es der aktuellen Kohorte junger Waldbäume – also derjenigen, die in den letzten 15 bis 20 Jahren sprießen – gelungen, sich unter Bedingungen zu etablieren, die früher als chronische Dürre galten. Diese jungen Bäume, die eine endlose Trockenperiode überstanden haben, werden die Wälder der Zukunft bilden.
Insgesamt geben uns unsere Beobachtungen im Pfynwald Anlass zur Hoffnung, dass junge Bäume, die derzeit in vielen Wäldern weltweit ihren Platz einnehmen, besser auf die vom Menschen gestaltete Welt vorbereitet sein könnten. Die Klimaveränderungen der letzten Jahrzehnte haben sie auf schwere Zeiten vorbereitet, in denen ihnen die bleibende Erinnerung an Wasser fehlt.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel.