Phänologische Ereignisse (wiederkehrende Entwicklungserscheinungen der Pflanzen) sind einfach zu beobachten und liefern erste wertvolle Hinweise auf Veränderungen der Umweltfaktoren. Aufgrund ihrer starken Temperaturabhängigkeit gelten sie als gute Bioindikatoren und sind außerdem bedeutsam für die Nährstoffkreisläufe, den Wasserhaushalt, die Vitalität und das Wachstum von Waldökosystemen. In diesem Artikel sollen einige Ergebnisse der erhobenen phänologischen Daten eines Rotbuchen-Versuchsflächenbestandes im Landkreis Güstrow vorgestellt werden. Im Einzelnen wird dabei auf die jährlichen Zeitpunkte des Blattaustriebs, der Blattverfärbung oder des Blattfalls und ihrer zeitlichen Trends eingegangen. Außerdem werden Zusammenhänge und besondere Beobachtungen aus dem Untersuchungszeitraum 2009 bis 2024 betrachtet.
Versuchsfläche und Methodik
Die Sandhofer Level II-Versuchsfläche wurde 1996 im Rahmen des internationalen Untersuchungsprogramms (ICP-Forests) in einem mittelalten (damals 73-jährigen) und ungemischten Rotbuchenbestand der 2. Bonität auf einer mäßig nährstoffversorgten Sand-Braunerde eingerichtet. Die mittlere Jahrestemperatur beträgt hier 9,5 °Celsius und die durchschnittliche jährliche Niederschlagssumme beläuft sich auf 623 mm, wovon 298 mm auf die Vegetationsperiode entfallen (Referenzperiode: 1991 bis 2020).
Abb. 1: Versuchsflächenbestand Level II-Sandhof kurz vor dem Blattaustrieb des Oberstandes (unterständige Bäume zeigen bereits erste Blätter). Foto: J. Martin
Die umfassenden Level II-Untersuchungen wurden vor ca. 30 Jahren mit dem Ziel etabliert, zeitliche Veränderungen in den Wäldern zu erfassen und zu erklären. Das vielschichtige Untersuchungsprogramm wurde im Jahr 2009 um phänologische Beobachtungen ergänzt. Letztere umfassen die Erhebung wöchentlicher Kronenanteile an jeweils 20 herrschenden Bäumen für die Phasen: Blattaustrieb, -verfärbung und Blattfall getrennt nach Ober- und Gesamtkrone. Selten mussten auf dieser Fläche einzelne Individuen aufgrund ihres stagnierenden Höhenwachstums oder Absterbens ausgetauscht werden, wodurch die Erhebungshäufigkeit in Einzelfällen variiert.
Für die Beobachtungen ist die Festlegung bestimmter Referenzstadien bezüglich der Knospenentwicklung und Blattentfaltung essentiell, da nur so vergleichbare Datensätze entstehen. Erst beim Erreichen des Referenzstadiums geht die phänologische Phase als abgeschlossen in die Bewertung ein. Beispielsweise gilt eine Rotbuchenknospe erst dann als ausgetrieben, wenn das grüne Blatt deutlich sichtbar, aber nicht zwingend entfaltet sein muss.
Grundsätzlich ist auch diese Level II-Erhebung durch eine genaue Aufnahmeanleitung (Raspe et al. 2020), gleichbleibendes Aufnahmepersonal und regelmäßige Schulungen weitgehend standardisiert.
Austriebsentwicklung
In gemäßigten Breiten sind phänologische Ereignisse überwiegend temperaturgesteuert (Menzel et al. 2006). Auswertungen sehr langfristig erhobener phänologischer Daten (Zeitraum: > 30 Jahre) zeigen häufig eine Verkürzung des Blatt- und Blütenaustriebes verschiedener Pflanzenarten (Schleip et al. 2011, Vitasse et al. 2022). Diese Entwicklung wird als eine Reaktion auf die klimatische Erwärmung betrachtet. Fraglich war, ob dieser Trend auch für die vorliegende, verhältnismäßig sehr kurze Zeitreihe nachgewiesen werden kann.
Für die Durchführung vergleichender Darstellungen und Auswertungen ist es erforderlich, feste phänologische Ereignisse, wie den mittleren jahresweisen Austrieb z. B. bei Erreichen des 50-prozentigen Flächenmittels, aus den wöchentlichen Aufnahmedaten zu kalkulieren. In Abbildung 2 ist dieser mittlere Blattaustrieb der Rotbuchen-Oberkronen, für den Zeitraum von 2009 bis 2025 dargestellt, welcher mit den vom Deutschen Wetterdienst erhobenen, räumlich interpolierten Daten (DWD 2025, schwarze Kreuze) vergleichbar ist. Für die beobachtete 17-jährige Zeitspanne konnte kein zunehmender oder abnehmender Trend (Abb. 2., gelbe Linie mit grauem 95-prozentigem Konfidenzband) nachgewiesen werden. Die Daten spiegeln die ungerichtete Temperaturentwicklung im Sommer- und Winterhalbjahr am Standort wider, bezogen auf einen für klimatische Veränderungen ungewöhnlich kurzen Zeitraum. In der Abbildung sind außerdem die aus den Beobachtungsdaten abgeleiteten Werte für den Beginn und das Ende dieser Phase (10- bzw. 90-prozentiger Knospenaustrieb) als grüne senkrechte Spannen dargestellt. Die gesamte Entwicklungsphase dauerte je nach Witterungsverlauf insgesamt 9 bis 31 Tage. Der mittlere Blattaustrieb wurde im Durchschnitt am 119. Tag des Jahres, also am 28. April im Nicht-Schaltjahr, erreicht, wobei er maximal um 13 Tage schwankte.
Abb. 2: Mittlerer Blattaustrieb der 20 beobachteten Rotbuchen (Level II- Sandhof), gelbe Linie: linearer Trend mit 95er Konfidenzband, Kreuze: Werte der DWD-Rotbuchenaustriebs-Rasterkarte für den Standort.
Aus den an der Wetterstation gemessenen Tageswerten der Lufttemperatur, der Globalstrahlung und des Niederschlages wurden zahlreiche Summen und Mittelwerte berechnet, die zum Blattaustrieb in Beziehung gesetzt wurden. Der Tag des mittleren Blattaustriebs zeigte dabei den stärksten Zusammenhang zur April-Monatstemperatur. Demnach resultiert aus einer Erhöhung der Apriltemperatur um ein Grad ein um etwa drei Tage früherer Austrieb. Gleichzeitig muss im Kalenderjahr eine gewisse Wärmesumme der Wachstumstage (Tagestemperatur > 5 Grad Celsius) von mindestens 106 Grad erreicht sein, wobei das Mittel einer Summe von 156 entsprach. Zudem beeinflussen weitere Einflussfaktoren, wie zum Beispiel die Wasserverfügbarkeit, die Lichtverhältnisse oder die Nährstoffversorgung im Boden den Austrieb der Bäume, die an dieser Stelle jedoch nicht vertieft werden sollen.
Früh-/Spättreiber
Malyshev et al. (2022) untersuchten das Austriebsverhalten von 150 Bäumen eines ca. 200-jährigen Rotbuchen-Altbestands im Müritz Nationalpark. Dabei zeigten sich im 12-jährigen Untersuchungszeitraum starke individuelle Unterschiede der Bäume dieses Bestandes. Für die Frühtreiber wiesen sie eine Medianabweichung von 3 bis 6 Tagen und für die Spättreiber von 3 bis 10 Tagen nach.
Ein ähnliches Verhaltensmuster konnte nun für den untersuchten Sandhofer Versuchsflächenbestand gemäß Abbildung 3 gefunden werden, in dem die individuellen baumbezogenen Abweichungen des Austriebs vom Flächenmittel für alle Ansprachen dargestellt wurden. Trotz des vergleichsweise geringeren Untersuchungsumfangs und extensiverer Ansprachehäufigkeiten konnte auch in diesem deutlich jüngeren Bestand nach Früh-, Normal- und Spättreibern unterschieden werden. Ein offensichtlicher Zusammenhang dieser drei Austriebsgruppen zur soziologischen Stellung oder zur räumlichen Lage ließ sich nicht nachweisen. Diese hohe phänologische Variabilität innerhalb solcher kleinen Populationen weist möglicherweise auf eine erhöhte genetische Vielfalt dieser heimischen Baumart hin, welche positiv für ihre Anpassungsfähigkeit zu bewerten wäre.
Eine frühe Blattentwicklung kann bei steigenden Frühjahrstemperaturen ernährungsphysiologische Vorteile für die entsprechenden Bäume bringen. Sie geht allerdings mit einem höheren Risiko bezüglich unregelmäßig auftretender Spätfrostschäden einher. Schon wenige Minusgrade reichen für eine Schädigung der neu ausgetriebenen Blätter aus. In Zeiten häufigerer Spätfrostereignisse sind hingegen die Spättreiber deutlich weniger gefährdet, da ihre jungen Blätter in den Knospen vor tieferen Temperaturen geschützt sind. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die vorgefundene Variation des Laubaustriebes das Schadrisiko streut und die Reaktionsfähigkeit auf Klimaveränderungen verbessern kann.
Abb. 3: Baumindividuelle Unterschiede der Rotbuchen bezüglich ihres Blattaustriebes und deren Gruppeneinteilung, Level II-Fläche Sandhof, Zeitraum: 2009–2025.
Vegetationszeitlänge und Blattverfärbung
Den stärksten Einfluss auf die (mittlere) Blattverfärbung zeigte das Temperaturmittel oder auch die Wärmesumme im Zeitraum von 90 Tagen vor der Verfärbung. Hohe Temperaturen bzw. eine hohe Wärmesumme fördern eine frühe Verfärbung. Die Vegetationszeit vom mittleren Blattaustrieb bis zur mittleren Blattverfärbung ist von 2009 bis 2024 durchschnittlich 178 Tage lang, wobei sie von minimal 164 bis maximal 189 Tage schwankt (Abb. 4). Ein gerichteter Trend ist hier wiederum nicht feststellbar.
Abb. 4: Vegetationszeitlänge der Sandhofer Level II-Fläche (vom Eintritt des mittleren Austriebes bis zum Zeitpunkt der mittleren Verfärbung).
Blattfall 2019
Im Jahr 2017 wurde am Untersuchungsort eine überdurchschnittliche Niederschlagsmenge von 839 mm verzeichnet. In den darauffolgenden Jahren 2018 und 2019 wurden hingegen trockenere Bedingungen mit 473 mm bzw. 569 mm Jahresniederschlag beobachtet. Parallel dazu waren diese Jahre außergewöhnlich warm. Besonders das zweite Trockenjahr 2019 hatte erhebliche Auswirkungen auf den verfügbaren Bodenwasserhaushalt in der Vegetationszeit und folglich auf die Ernährung der Rotbuchen. Zusätzlich reagierte der Bestand mit einer starken Fruktifikation, bei der ca. 75 % der Bäume eine mäßige oder starke Fruchtbildung aufwiesen, welche die Vitalität weiter schwächte. Der Baumbestand zeigte verschlechterte Kronenbilder mit dem bisher höchsten mittleren Blattverlust von 37 % und einem vergleichsweise stark reduzierten Dickenwachstum.
Als Teil der physiologischen Wirkung wiesen auch die phänologischen Daten von 2019 Besonderheiten auf. Verglichen mit den übrigen Erhebungsjahren wurde der mittlere Blattaustrieb sehr früh, am 112. Tag des Jahres (21.04.), dem zweitfrühesten Termin der Zeitreihe erreicht (Abb. 2). Auch der Blattfall und die -verfärbung setzten bereits sehr früh und intensiv im August 2019 ein. Vor allem trat der Blattfall früher als die Blattverfärbung auf, was in den Vorjahren nicht vorkam (Abb. 5). Dieses Phänomen, bei dem Bäume bereits im Sommer ihre grünen Blätter abwerfen, ist als Hitzelaubfall bekannt. Es tritt vor allem bei Rotbuchen auf und dient der Reduzierung des weiteren Wasserverlustes der Bäume. Im Jahr 2019 trat es im Versuchsflächenbestand markant und umfassend hervor.
Abb. 5: Berechnete Verläufe der Blattverfärbung und des Blattfalls im Zeitraum von 2009 – 2024 mit Hervorhebung des Jahres 2019.
Fazit
Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass die phänologischen Ereignisse auf Versuchsfläche Sandhof innerhalb der vergleichsweise kurzen Beobachtungsdauer keine eindeutigen zeitlichen Trends aufweisen, aber interessante Merkmale und Zusammenhänge erkennen lassen. Die Ergänzung der Phänologieaufnahmen zur langfristigen Prozessanalyse im Rahmen des Level II-Monitoringprogramms ist als sehr sinnvoll anzusehen, da die Baumreaktionen umfassender dokumentiert und Jahre mit besonderen Stressreaktionen erkennbar werden. Verlässliche phänologische Daten verbessern zudem die Genauigkeit zusätzlicher Auswertungen, wie etwa zum Wasserhaushalt der Waldökosysteme.
