Setzlinge zeigen, wie der Klimawandel Wälder schädigen kann

Als der Klimaforscher Don Falk durch einen Wald wanderte, erstreckten sich über ihm die alten, grünen Kiefern. Aber er hatte das Gefühl, dass etwas fehlte. Dann fanden seine Augen es: einen Sämling, spröde und braun, der wegen seiner Leblosigkeit übersehen wurde. Sobald Falks Augen eines entdeckten, fielen ihm die anderen schnell ins Bewusstsein. Eine ganze Generation junger Bäume war gestorben.

Falk – Professor an der UArizona School of Natural Resources and the Environment mit gemeinsamen Berufungen im Laboratory of Tree-Ring Research und dem Arizona Institute for Resilience – bezeichnet dieses großflächige Absterben der jüngeren Baumgeneration als Rekrutierungsversagen.

Dies sei für eine Baumpopulation besonders verheerend, da die jüngsten für die Walderholung nach massiven Waldsterbeereignissen wie schweren Waldbränden und Insektenbefall, die beide häufiger auftreten würden, da sich das Klima weiter verändere, unerlässlich seien, sagte er.

Um besser zu verstehen, wie extreme Klimabedingungen zu einem Scheitern der Rekrutierung führen können, untersuchten Falk und seine Co-Autoren, wie fünf Arten vier Jahre alter Bäume auf anhaltende Dürre und Hitze reagierten.

Sie fanden heraus, dass verschiedene Arten eine unterschiedliche Dürretoleranz aufwiesen und dass alle Arten toleranter gegenüber der Hitzewelle waren als erwartet. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in Wäldern und globaler Wandel.

Im Allgemeinen seien ältere Bäume härteren Bedingungen gegenüber toleranter, sagte Falk. Wenn es jedoch zu massiven Absterbeereignissen kommt – die durch Dürre und Hitze, manchmal mit damit verbundenen Insekten, Krankheitserregern oder Waldbränden – verursacht werden können, sind Baumbestände auf ihre Fähigkeit zur Regeneration angewiesen.

„Wenn Wissenschaftler Modelle über das zukünftige Baumwachstum erstellen, die auf den Bedingungen basieren, die ein erwachsener Baum ertragen kann, spiegelt dies möglicherweise nicht genau die Zukunft der Wälder wider“, sagte Falk. „Deshalb haben wir uns auf diesen Sämlingsengpass konzentriert.“

Das Team sammelte Bäume von fünf Arten, die in verschiedenen Höhenlagen in den Jemez Mountains in New Mexico gefunden wurden. Von der niedrigsten zur höchsten Erhebung gehörten dazu Ponderosa-Kiefer, Piñon-Kiefer, Englemann-Fichte, Douglasie und Limber-Kiefer. Anschließend setzten sie die jungen Bäume in einer Wachstumskammer Trockenheit und Hitze aus und konnten so Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und Wasser präzise steuern.

In der ersten Runde des Experiments behielt das Team die normale Durchschnittstemperatur für jede Art bei und hörte einfach auf, die Pflanzen zu gießen, um ihre Reaktion auf Dürrebedingungen zu testen.

„Etwa acht Wochen später hatte so ziemlich jeder Baum immer noch damit zu kämpfen“, sagte Falk. „Aber dann, als die Dürre 12 und 14 Wochen andauerte, begannen die Setzlinge der Ponderosa-Kiefer abzusterben, und dann begannen die Setzlinge der Piñon abzusterben, dann die Engelmann-Fichte und die Douglasie. Die, die am längsten anhielten, die.“ Was uns wirklich überrascht hat (es hält 36 Wochen ohne Wasser), war Limber Pine.

„Man könnte meinen, dass die Arten, die in tieferen, wärmeren Lagen leben, stärker an Trockenheit angepasst wären als Bäume, die in den höheren Lagen leben“, sagte Falk. „Aber die Bäume in höheren Lagen – die Douglasie und die Fichtenkiefer – wachsen bei den kühlsten Temperaturen und leben am längsten. Es scheint, dass die Bäume nur so dürretolerant sind, wie sie sein müssen. Mit fortschreitendem Klimawandel wird dies zu mehr Stress führen.“ auf den Bäumen, und dann wird es wahrscheinlich eine Selektion für diese dürretoleranteren Merkmale geben.“

Als nächstes simulierte das Team eine durchschnittliche Hitzewelle, indem es die Temperatur für alle Arten eine Woche lang um 10 Grad erhöhte.

Infolgedessen starben alle Arten in genau derselben Reihenfolge aus und starben nur geringfügig früher.

„Diese Ergebnisse haben mich in mehrfacher Hinsicht überrascht“, sagte Co-Autor und emeritierter UArizona-Professor David Breshears. „Erstens sind Hitzewellen tatsächlich wichtig, aber ich hatte erwartet, dass sie eine größere Wirkung haben würden, als sie es taten. Sie sind also wichtig, aber die zugrunde liegende Dürre und die durchschnittliche Erwärmung scheinen die Hauptursachen zu sein. Zweitens haben wir herausgefunden, dass Limber Pine dies war.“ die herzhafteste Art und dies hat wichtige Auswirkungen darauf, wie sich unsere Landschaften wahrscheinlich verändern werden.“

In ihrem nächsten Experiment plane das Team, die Hitzewelle zu verstärken, sagte Falk.

„Wir brauchen diese Art von Informationen, um Waldverwaltern zu helfen, zu wissen, was als nächstes zu erwarten ist, und um zu bestimmen, was nach einem Waldbrand oder anderen großen Absterbeereignissen ausgewachsener Bäume gepflanzt werden soll“, sagte Breshears.

Die Absolventin der UArizona, Alexandra Lalor, die im Dezember 2022 ihren Master in Natural Resources Studies mit Schwerpunkt Feuerökologie abschloss, leitete die Arbeit. Zu den Co-Autoren gehören Professor Greg Barron-Gafford von der School of Geography, Development and Environment, Assistenzprofessor Jason Field von der School of Natural Resources and the Environment, der ehemalige UArizona-Kollege Darin Law und andere vom United Sates Geological Survey und USDA Forest Service.