Ernst Röhrig

Reaction of root systems of grand fir (Abies grandis Lindl.) and Norway spruce (Picea abies Karst.) to seasonal waterlogging

Abstract Effects of seasonal waterlogging on rooting depth and rooting intensity (root counts per unit profile wall area) were analysed on profile walls in 14 stands of pure grand fir ( Abies grandis Lindl.) and pure Norway spruce ( Picea abies Karst.), varying from 20 to 31 years old, in a mountainous region in western Germany. The sites vary from non-waterlogged to strongly seasonally waterlogged. We found that seasonal waterlogging in compacted soils is a main stress factor that strongly influences the root distribution of both species. However, roots of grand fir were more tolerant, expanded to greater depths (in general more than 20 cm), and attained higher densities (more than 30%) than roots of Norway spruce. The roots of grand fir even penetrated into the compact Sd-horizon of pseudogleys, whereas the Sw-horizon (seasonally waterlogged horizon) prevented deeper rooting of spruce and contributed to its plate-shaped root system. In addition, a study on the dynamics of fine root biomass and chemistry from waterlogged and non-waterlogged periods was carried out by core sampling in a 25-year-old grand fir stand. During the waterlogged period, the fine roots had considerably greater dead (5558 kg ha −1 ) than live biomass (3594 kg ha −1 ). At the beginning of the non-waterlogged period, the total biomass of live fine roots increased by 50%, and the dead fine roots decreased by 27%. The influence of waterlogging on the vitality of the fine roots is recognizable in their chemical composition: under waterlogged condition, live fine roots contained distinctly less K, Mg and Zn, but more Mn, than during the non-waterlogged period.

Was ist Ökologie

„Okologie“ und „okologisch“ sind heute zu Allerweltswortern geworden, die in verschiedenen, oft kuriosen Zusammenhangen gebraucht werden. In jedem Fall ist damit so etwas wie Umwelt angesprochen. Den Begriff „Umwelt“ als Ausdruck fur die artspezifische Umgebung eines Individuums fuhrte der Biologe Jakob von Uexkull (1864–1944) in die Wissenschaft ein (Umwelt und Innenwelt der Tiere 1909). Heute bedeutet das Wort im biologischen Sinn die lebenswichtige Umgebung einer Art oder Lebensgemeinschaft. In einem weiteren Sinn versteht man darunter den naturlichen und fast immer durch die Technik veranderten Lebensraum des Menschen. Umweltforschung und Umweltschutz dienen der menschlichen Gesellschaft zur Verbesserung der Lebensverhaltnisse. Dabei sind neben der Erfassung der Umweltfaktoren stets Abwagungen ethischer, asthetischer, okonomischer und sozialer Art zu treffen.

Stoffhaushalt von Waldökosystemen

Waldokosysteme zeichnen sich durch bestimmte Strukturen und Funktionen aus (Kap. 12). Diese konnen nur bestehen, solange ein standiger Energiestrom in das Okosystem fliest und dort gespeichert wird. Speicherung und Fluss von Energie sind untrennbar an das Vorhandensein von Stoffen – chemischen Elementen und deren Verbindungen – gekoppelt. Energieflusse und Stoffflusse zeigen grundsatzliche Unterschiede. Die zum Aufbau von organischer Substanz notwendige Energie entstammt einer einzigen Quelle, der Sonne. Ihr Energievorrat kann als unbegrenzt gelten. Die Sonnenenergie fliest uber den Prozess der Fotosynthese in das Okosystem und durchlauft in Form von komplexen Molekulen Nahrungsketten, bis die organischen Substanzen zu einfachen anorganischen Komponenten abgebaut werden.

Wettbewerb zwischen Bäumen

Uberall, wo Organismen zusammenleben, findet gegenseitige Beeinflussung statt. Fast allgegenwartig in Waldokosystemen sind solche Wirkungen von Lebewesen aufeinander, die zumindest fur einen Teil von ihnen schadlich oder gar lebensbedrohend sein konnen. Sie konnen sich ausern als: Konkurrenz um Wachstumsfaktoren, Wirkungen von Stoffwechselprodukten, die von lebender oder toter Pflanzensubstanz ausgehen (Allelopathie), mechanische Wirkungen an oberirdischen Organen und im Wurzelbereich, indirekte Einflusse, indem Pflanzenarten das Mikroklima beeinflussen und auch bevorzugte Biotope fur Schadlinge bilden. Alle diese Einflusse treten in den verschiedenen Entwicklungsstadien der Okosysteme in unterschiedlicher Weise und Starke auf. Daneben gibt es auch forderliche Interaktionen, die nur einen Partner begunstigen (Kommensalismus), und solche, die beiden Partnern zugutekommen. Wenn die Beziehung fur beide Partner vorteilhaft und existenzerleichternd ist, handelt es sich um Mutualismus, ist sie lebensnotwendig, um Symbiose.

Struktur Struktur/b elemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).

Strukturelemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).

StrukturStruktur/belemente von Wäldern

Systeme weisen ein Gefuge von Verbindungen zwischen den Bestandteilen auf, die Struktur. Dabei sind vielfaltige Strukturmerkmale moglich, ihre Wahl richtet sich nach dem Ziel der Betrachtung oder Untersuchung. Darstellungen von Waldstrukturen mogen die Anzahl und Verteilung von Arten und Artengruppen (Lebensformen, funktionelle Gruppen, Altersverteilung, Biodiversitat) enthalten, sie konnen die raumliche Anordnung der Baume oder anderer Lebewesen im Okosystem zeigen oder prozessorientiert sein (Stoffflusse, Auf- und Abbau organischer Substanz, trophische Strukturen).

Prozesse der Walddynamik

Sukzessionen konnen auf unbesiedelten Flachen entstehen (primare Sukzession), meist aber vollziehen sie sich auf bereits irgendwie bewachsenen Standorten (sekundare Sukzession). Je nach ihrer Ausgangslage, bei sekundarer Sukzession auch nach der Art, Intensivitat und Haufigkeit einer Storung, setzen sie sehr unterschiedliche Entwicklungen in Gang. Sie betreffen nicht nur den im Zeitablauf wechselnden Artenbestand (Biodiversitat) der Systeme, sondern verandern auch die okologischen Verhaltnisse im Bestand, dessen Biomasse, Produktivitat und Stoffkreislauf. Sukzessionen verlaufen gerichtet, sie durchlaufen mehrere aufeinander folgende Stadien, die von den verschiedenen Beobachtern etwas unterschiedlich benannt und abgegrenzt werden. Im Allgemeinen wird die Zeitdauer, die den Stadien zugemessen ist, im Verlauf der gesamten Sukzession immer langer, vor allem in Waldokosystemen, bis zu einem lange anhaltendem Zustand mit nur noch geringen Schwankungen (Klimax), bis dann durch eine (endogene oder exogene) Storung eine neue Sukzession einsetzt.

Biogeografische Einordnung der Wälder

Mitteleuropa gehort der nordlichen gemasigten Zone an. In dem ausgeglichenen Klima mit einem jahreszeitlichen Wechsel bilden sich Pflanzenformationen, die temperierten Walder, die sich in Physiognomie und in okologischen Aspekten von anderen Pflanzenformationen deutlich abheben, auch von Waldern anderer Klimazonen. Ihre Baumschicht besteht ganz uberwiegend aus Laubbaumen, denen nur regional und in geringerem Ausmas Nadelbaume beigemischt sind. Die temperierten Walder, wie man sie heute findet, sind durch eine erdgeschichtlich gesehen nicht sehr lange Entwicklung gepragt, ihre gegenwartige Struktur und geografische Verbreitung haben sie hauptsachlich durch die Folgen der Eiszeiten erfahren. Temperierte Laubwalder sind seit Jahrtausenden verschiedenartigen Eingriffen durch den Menschen ausgesetzt.

Wälder im Klimawandel

Menschliche Aktivitaten bewirken eine fortschreitende Anreicherung der Erdatmosphare mit CO2 und anderen klimawirksamen Gasen, wodurch die Erde erwarmt wird. Davon sind offenbar alle Lebensbereiche der Erdbevolkerung und neben den aquatischen auch terrestrische Okosysteme in verschiedenster Weise betroffen durch Trockenheit, Uberflutung, haufigere und starkere Sturme und andere negative Einwirkungen. Daher gilt dieser Entwicklung ein bevorzugtes Interesse von Wissenschaft, Publizistik und Politik. Fur die Forstwirtschaft ergeben sich daraus mannigfaltige Probleme.