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Madeleine S. Goerg-Günthardt

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Artikel

Autor(en): Christoph Dittmar et al.
Redaktion: WSL, Schweiz
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Ozonbelastung und Schadsymptome im Extremsommer 2003

Witterungsextreme stellen für Bäume immer wieder Stressfaktoren dar, die zu Vitalitätsverlusten und zur Ausprägung von sichtbaren Schädigungssymptomen führen können. Aufgrund seines außergewöhnlichen Witterungsverlaufs wirkte der Rekordsommer 2003 in vielfältiger Hinsicht auf den Wald ein. Neben Trockenstress und Dürreschäden hat auch die hohe Ozonbelastung Spuren hinterlassen. Dies zeigt sich an der Ausbildung eindeutiger Ozonsymptome an den Blättern von Esche, Bergahorn und Buche am nördlichen Alpenrand. Der Beitrag befasst sich mit dem Witterungsverlauf, der Ozonbelastung und den diagnostizierten Symptomen in dieser Region.

Ozonsymptome an Esche, Ahorn und Buche
Abb. 1 - Ozonsymptome (rote Pfeile) an Esche, Bergahorn und Buche Ende August am nördlichen Alpenrand: a) Esche am Kranzhorn (800 m üNN); b) Bergahorn am Laber (1000 m üNN); c) Buche am Laber (1000 m üNN); weisser Pfeil: Überschattungseffekt: typisch für Ozon ist, dass die Symptome bei Überschattung fehlen.

Niederschlagsverhältnisse

In der Vegetationszeit 2003 fielen in Bayern zum Teil weit unter dem langjährigen Durchschnitt liegende Niederschläge. In Verbindung mit hohen Temperaturen und intensiver Strahlung hat dies in vielen Gebieten zu Engpässen in der Wasserversorgung der Wälder geführt. Besonders von der anhaltenden Dürre betroffen waren Unter- und Mittelfranken, von einer nur kurzfristigen und geringfügigen Einschränkung der Wasserversorgung ist dagegen am nördlichen Alpenrand auszugehen. Dies bestätigen die Daten ausgewählter Niederschlagsstationen sowie die Messungen an den Waldklimastationen.

Die ganze Vegetationszeit hindurch waren in dieser Region immer wieder, teilweise sogar ergiebige, Niederschläge zu verzeichnen. Dies erklärt, warum am Alpenrand insbesondere in höheren Lagen bis in den Spätsommer hinein die Böden noch ausreichend mit Wasser versorgt und nur auf Sonderstandorten (z.B. Steilhänge und Grate mit flachgründigen Böden) Anzeichen von Trockenstress und Dürreschäden zu erkennen waren. In unterschiedlichen Höhenlagen am Laber im Loisachtal (750 bzw. 1060 m üNN) und auf den Dauerbeobachtungsflächen am Kranzhorn im Inntal (940 und 1100 m üNN) wurden Ende August Bodenproben gewonnen. Mit Ausnahme der obersten Horizonte und des Standorts auf 750 m üNN waren die Böden noch fühlbar feucht.

In der Nähe von Freising, wo Ende September stellenweise Trockenschäden an Eschenblättern aufgenommen wurden (Abb. 2b), waren die Niederschläge dagegen seltener und in der Summe deutlich niedriger (nur 287 mm zwischen Anfang März und Ende September).

Ozonbelastung

Trotz eines deutlichen Rückgangs der Emissionen von Ozonvorläufersubstanzen seit 1990 waren in der Vegetationsperiode 2003 extrem hohe Ozonwerte und häufige Schwellenüberschreitungen in Deutschland zu verzeichnen. Ursache hierfür war die außergewöhnliche Wettersituation mit lang anhaltenden Schönwetterperioden und hohen Temperaturen. Am nördlichen Alpenrand lagen die Ozonwerte bereits zu Beginn der Vegetationsperiode Ende April deutlich über dem langjährigen Durchschnitt. Eine Periode mit extrem hohen Werten ist in der ersten Augusthälfte aufgetreten. Ozonsymptome als Anzeichen einer akuten Schädigung erscheinen an den Blättern von Laubbäumen zwei Wochen bis zwei Monate nach dem Austrieb bei ozonreichen (Stundenmittelwerte über 60 ppb) Schönwetterperioden. Beim meteorologischen Observatorium am Hohenpeißenberg wurden derartige Werte bereits im April und wiederholt vor allem in den Monaten Juni bis August erreicht bzw. überschritten.

Ozonsymptome

Über die Spaltöffnungen der Blätter regulieren die Bäume den Gasaustausch mit ihrer Umgebung. Die Aufnahme des für das Wachstum notwendigen Kohlendioxids ist mit dem Verlust an Wasser und der Aufnahme von Schadgasen – und damit auch Ozon - verbunden. Bei ungünstigen Licht-, Wasser- und Temperaturverhältnissen werden die Spaltöffnungen weitgehend geschlossen. Hohe Ozonkonzentrationen sind bei gleichzeitigem Trockenstress daher für die Bäume relativ ungefährlich. Sie werden aber dort gefährlich und schädigungsrelevant, wo sie mit einer guten Wasserversorgung zusammentreffen. Eindrücklich zeigt dies das Laub von Eschen Ende September an unterschiedlich wasserversorgten Standorten nahe Freising (Abb. 2). Ozonsymptome (Ausbleichen oder Verbräunen zwischen den Blattnerven auf der Blattoberseite) waren nur am gut wasserversorgten Auenstandort zu finden.

Die Situation einer guten Wasserversorgung bei gleichzeitig hohen Ozonwerten tritt vor allem immer wieder in höheren Lagen am nördlichen Alpenrand auf und war offensichtlich im Rekordsommer 2003 besonders ausgeprägt. In Verbindung mit den für das Wachstum in diesen Lagen günstigen Temperatur- und Strahlungsverhältnissen ist daher auch in den Phase hoher Ozonwerte in der Vegetationsperiode 2003 von einem intensiven Gaswechsel auszugehen. Aufgrund der Niederschlagssituation trifft dies auch für die Ozonperiode in der ersten Augusthälfte zu. Eigene Jahrringuntersuchungen an Buchen vom Kranzhorn bestätigen dies. Gegenüber dem Vorjahr ist 2003 kein Rückgang der Jahrringbreite zu erkennen. Im Gegenteil: bei vielen Bäumen hat die Ringbreite 2003 gegenüber dem Vorjahr sogar zugenommen.

   
Ozonsymptome an Eschenlaub  
Abb. 2 - Blätter von Eschen auf unterschiedlich wasserversorgten Standorten nahe Freising, aufgenommen am 28.09.2003:
a) auf trockenem Standort an Straßenböschung: symptomfrei
b) auf trockenem Standort an Straßenböschung: deutliche Trockenstresssymptome (Einrollen und Vertrocknung der Blattränder), aber keine Ozonsymptome
c) auf Auwaldstandort, am Ufer eines ständig wasserführenden Bachs: massive Ozonsymptome (Bronzefärbung zwischen den Blattnerven)
 
   

An verschiedenen Standorten am Kranzhorn, Laber, Herzogstand, Hohenpeißenberg und nahe Freising wurden im Sommer 2003 wiederholt Geländeaufnahmen zur Erfassung sichtbarer Ozon-Schädigungssymptome durchgeführt. Zur Abgrenzung von anderen Einflussfaktoren wurde ein Teil der Proben für eine Differenzialdiagnose an der Schweizer Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) aufbereitet. Am Kranzhorn und am Laber waren bereits Ende August an Esche, Bergahorn und Buche für eine Ozoneinwirkung typische Schädigungssymptome zu erkennen (Abb. 1), wie sie im Freiland bisher nur am Südrand der Alpen festgestellt und beschrieben wurden.

Überschreitet die Ozonaufnahme die blattinterne Entgiftungskapazität kommt es zu Verfärbungen und zum Absterben einzelner Blattzellen und Gewebeteile. Sie werden auf den Blättern zunächst durch diffuse hellgrüne oder gelblich bis rötliche punkförmige Verfärbungen in den Feldern zwischen den Blattnerven sichtbar (Abb. 1c). Diese als "stippling" bezeichneten Verfärbungen werden mit der Zeit braun oder schwarz, d.h. nekrotisch. Die Bereiche entlang der Blattnerven bleiben dabei am längsten grün. Ein gutes Erkennungsmerkmal für Ozonsymptome sind Schatteneffekte, da die durch Ozon hervorgerufenen Blattschäden eine starke Lichtabhängigkeit aufweisen. Zum einen wird durch Beschattung die Sonneneinstrahlung vermindert und somit die Leitfähigkeit der Spaltöffnungen sowie die Ozonaufnahme ins Blatt reduziert. Zum andern ist der oxidative Stress durch Ozon im Blattinnern lichtabhängig. Dies führt dazu, dass es zu keiner Ausprägung von Ozonsymptomen auf Blattbereichen kommt, die von anderen Blättern überschattet werden (Abb. 1c und Abb. 3).

Eine Zunahme punktförmiger Nekrosen führt zu flächigen bronzenen bis silbrigen Verfärbungen. Am Laub einer Altbuche am Südhang unterhalb des Observatoriums Hohenpeißenberg waren Ende September eindeutige Ozonsymptome in einem fortgeschrittenen Stadium zu finden. Die mikroskopische Analyse des Blattquerschnitts zeigt einen für Ozon typischen lichtabhängigen Gradienten der Schädigung. Während die Palisadenzellen massiv geschädigt und z.T. sogar kollabiert sind, weisen die darunter liegenden Schwammparenchymzellen praktisch keine Schädigung auf. Soweit die drei untersuchten Baumarten auf den jeweiligen Standorten gemeinsam aufgenommen werden konnten, war entsprechend der Symptomausprägung eine Zunahme der Ozonempfindlichkeit in der Reihenfolge Esche, Bergahorn und Buche zu beobachten (vgl. Abb. 1).

Bewertung und Ausblick

Ozonsymptome an Buchenlaub
Abb. 3 - Ozonsymptome mit Überschattungseffekt an den Blättern einer jungen Buche am Nordhang des Herzogstandes (etwa 1000 m üNN, 06.09.2003). Im unteren Bild (b) wurde das vorher beschattete Blatt nach oben geholt.

Die beschriebene Erfassung der sichtbaren Schädigungssymptome erfolgte in Verbindung mit einer mehrjährigen, interdisziplinären Untersuchung der Vitalität von Buchenwäldern am nördlichen Alpenrand. Die Häufigkeit und Intensität der im Sommer 2003 aufgetretenen Symptome unterstreicht, dass Ozon einen ernstzunehmenden Stress- und Schädigungsfaktor für die Wälder in dieser Region darstellt. Die Befunde belegen akuten Ozonstress, für den in hohem Maße sicherlich die außergewöhnliche Witterung der Vegetationsperiode 2003 ausschlaggebend war. In der Untersuchungsregion haben die Ozonwerte aber auch in den Jahren zuvor (teilweise sogar um ein mehrfaches) kritische Belastungsgrenzen überschritten, sodass überdies von chronischem Ozonstress auszugehen ist. Dieser führt schon lange vor dem Ausprägen sichtbarer Schadsymptome zu pflanzeninternen Abwehr- und Anpassungsreaktionen, die eine verminderte Vitalität sowie eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber anderen Stressfaktoren zur Folge haben. Vermehrt weisen neuere Befunde darauf hin, dass die Ozonbelastung als mögliche Ursache für Zuwachsdepressionen einzelner Buchen in der untersuchten Region zu berücksichtigen ist.

Die Witterungsbedingungen in der Vegetationsperiode 2003 waren für das Wachstum der Buche auf den meisten Standorten in den höheren Lagen des nördlichen Alpenrands günstig. Auswirkungen, d.h. Nachwirkungen der Ozonbelastung auf Wachstum und Kronenzustand, zeigen sich möglicherweise erst in den darauf folgenden Jahren. Dies unterstreicht die Notwendigkeit eines kontinuierlichen Monitorings sowie weiterer Untersuchungen.

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