Föhren im Wasserdampf - Wissen

(3.9.2024) Forschende der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und der EPFL sprühen Wasserdampf in die Baumkronen von ausgewachsenen Föhren im Pfynwald im Wallis. Das Großexperiment soll aufdecken, welchen Einfluss Boden- und Lufttrockenheit auf Waldbäume im Zuge des Klimawandels haben.

Etwas Eigenartiges geschieht seit diesem Frühsommer in den Baumwipfeln des Walliser Pfynwalds: Zahlreiche Düsen, an hohen Gerüsten montiert, sprühen mit Hochdruck Wasserdampf in die 12 m hohen Wipfel von ausgewachsenen Wald-Föhren. Die Installation ist Teil des weltweit einzigartigen Experiments VPDrought ↗, das die Auswirkungen von Boden- und Lufttrockenheit in einem natürlichen Waldökosystem entflechten soll.

Der Wasserdampf erhöht die Luftfeuchtigkeit - Eine ausgeklügelte Technik zerstäubt mit Hochdruckdüsen Wasser zu winzigen Tröpfchen, die so rasch verdunsten, dass weder die Bäume noch der Boden nass werden. Das Projekt hat zum Ziel zu verstehen, wie heiße und trockene Bedingungen die Resilienz von Wäldern beeinflussen und welche Prozesse zum Absterben von Bäumen führen.

Nun bringt die Klimaveränderung einen weiteren beunruhigenden Umweltfaktor ins Spiel: den zunehmenden «Luftdurst». Je wärmer die Luft, desto mehr Feuchtigkeit kann sie aufnehmen. Dies führt dazu, dass die aufgeheizte Atmosphäre den Pflanzen und Böden mehr Wasser entzieht. Dieser «Durst» wird Dampfdruckdefizit, auf Englisch vapor pressure deficit (VPD), genannt.

Das VPD ist ein entscheidender Faktor dafür, wie viel Wasser die Bäume über Blätter oder Nadeln verdunsten, und hat somit großen Einfluss auf die Wasserversorgung und Kühlung der Pflanze. Mit steigenden Temperaturen ist zu erwarten, dass das VPD exponentiell ansteigt. Hohe VPD-Werte führen zu einer übermäßigen Verdunstung, wodurch die Pflanzen unter Trockenstress geraten können. Zusätzlich zu den direkten Auswirkungen auf die Pflanzenphysiologie beschleunigt ein hohes VPD die Verdunstung aus Böden, wodurch ein Teufelskreis aus Bodentrocknung, Erwärmung der Landoberfläche und Trockenstress für die Pflanzen entsteht.

Außergewöhnlich an VPDrought ist, dass dieses Experiment den Einfluss von Luft- und Bodentrockenheit in einem ausgewachsenen natürlichen Wald untersucht. Zu diesem Zweck bekommen die rund 130 Jahre alten Wald-Föhren zum einen unterschiedlich viel Bodenwasser: Entweder die natürliche Regenmenge von ca. 600 mm/Jahr, mittels Bewässerung das Doppelte (1200 mm/Jahr) oder unter einem Regendach nur die Hälfte der natürlichen Niederschläge, also ca. 300 mm/Jahr. Zum anderen verbreiten Hochdruckdüsen in einem Teil der Baumkronen tagsüber Wasserdampf. Der Wasserdampf vermindert das VPD – den «Durst» der Luft – um etwa 20 bis 30 Prozent.

Die Untersuchungen werden von der Pflanzenzelle bis zur Baum- und Ökosystemebene durchgeführt. Das Experiment startete 2024 und läuft bis 2028, Ergebnisse werden in den nächsten Jahren vorliegen.

Ein steigendes VPD – also eine stets «durstigere» Luft – ist sowohl für die Landwirtschaft als auch für Wälder eine Herausforderung. Die kontinuierlichen und punktuellen Messungen von über 100 Parametern auf der Baum- und Ökosystemebene sollen Aufschluss geben, wie sich Luft- und Bodentrockenheit auf die Stoffwechselprozesse und die Resilienz der Wälder gegen Trockenheit auswirkt. Die Erkenntnisse tragen zu verbesserten Klima-Vegetations-Modellen bei und fließen in zukünftige Waldbaustrategien und die Wahl von Zukunftsbaumarten ein.