Trockenstress und Spätfrost – wie Extremereignisse das Waldwachstum beeinflussen

Durch den Klimawandel verschieben sich nicht nur die Durchschnittswerte, zum Beispiel durch einen Anstieg des Jahresmittelwerts der Lufttemperatur, sondern es kommt auch zu einer stärkeren Streuung der Messwerte. Das bedeutet, dass extreme Wetterereignisse wie länger anhaltende Trockenperioden oder die Anzahl Heißer Tage/Jahr (Tmax>= 30 °C) häufiger werden. Zur besseren Übersicht werden die hier betrachteten zwölf WKS zu drei Regionen (Unter- und Mittelfranken, südostbayerisches Hügelland, Mittelgebirge) aggregiert, um sie mit der gemessenen Grundflächenentwicklung zu vergleichen (Abbildung 6). Während der letzten 35 Jahre gab es besonders in den Jahren mit Extremsommern wie 2003, 2015, 2018/19 und 2022 eine hohe Anzahl Heißer Tage in allen Regionen Bayerns (Abbildung 1). Gleichzeitig verdeutlicht das 5-jährige gleitende Mittel (gepunktete Linie) einen steigenden Trend im Zeitraum 1990–2025. Der Vergleich der 32-jährigen Periodenmittel 1961–1993 mit 1994–2025 (nicht in Abbildung 1 dargestellt), zeigt eine Zunahme der mittleren jährlichen Anzahl von Heißen Tagen um mehr als das Doppelte (+122 %). Im WKS-Mittel entspricht dies einer Zunahme von 4,1 auf 9,0 Tage. 

Andere Witterungsextreme wie strenge Fröste (Tmin<–10 °C bis –15 °C) nehmen allerdings durch die Klimaerwärmung ab (DWD & Extremwetterkongress Hamburg 2025). Gleichzeitig beginnt die Vegetationszeit früher. Damit steigt auch das Risiko, dass Fröste zeitlich mit dem Blattaustrieb zusammenfallen und zum Absterben der wasserreichen Blätter führen. Damit handelt es sich zwar nicht um ein Extremereignis im klassisch meteorologischen Sinn, wohl aber um ein physiologisches Stressereignis. Dieses kann sich durch die Reduzierung der Photosyntheseorgane bis hin zum völligen Ausfall negativ auf das Wachstum auswirken. 

Da bei Spätfrösten der Zeitpunkt des Auftretens für die phänologische Entwicklung eine entscheidende Rolle spielt, haben wir den Zeitpunkt des Blatt- und Nadelaustriebs für die Hauptbaumarten der Waldklimastationen ermittelt. Für die Untersuchungen wurde das Phänologiemodell von Menzel (1997) angewendet. Anschließend wurden Fröste in der Woche vor und nach diesen Austriebszeitpunkten identifiziert. Seit dem Jahr 2000 traten an den WKS lokal in der Zeit des Blatt- und Nadelaustriebs regelmäßig leichte Luftfröste bis zu –2°C auf. Regional lagen die Temperaturen in dieser sensiblen Phase der Vegetationsentwicklung jedoch nur selten unter –2°C. In den Jahren 2011, 2017 und 2019 war dies vor allem im süd- und ostbayerischen Flachland der Fall. In den Mittelgebirgen trat vor allem 2011 und 2020 starker Spätfrost auf. Spätfröste sind meist lokal begrenzt und ihre Wirkung hängt von der physiologischen Entwicklung der jeweiligen Baumart ab. Daher muss hierbei immer der Blick auf den einzelnen Bestand gerichtet werden, wie dies in Abbildung 6 erfolgt.

Auch die Wasserversorgung ist für die Vitalität und das Wachstum der Bäume von großer Bedeutung. Um die Intensität des Trockenstresses an den Waldklimastationen trotz ihrer unterschiedlichen klimatischen Lage und Speicherleistung der Böden vergleichbar zu machen, wurde mit dem Wasserhaushaltsmodell LWF-Brook 90 die tatsächliche Transpiration modelliert. Anschließend wurde die Differenz zur potenziell möglichen Verdunstung der Bäume sowie der Bodenwasservorrat berechnet. Als Intensitätsmaß für den Trockenstress haben wir für alle Tage, an denen der Füllstand der Bodenwasserspeicher weniger als 40 % der nutzbaren Feldkapazität betrug, diese Transpirationsdifferenz aufsummiert und als prozentuale Abweichung zum langjährigen Mittelwert 1991–2020 dargestellt (Abbildung 4). 

Seit Beginn dieses Jahrtausends ist es bereits fünf Mal zu außergewöhnlich trockenen Sommern in allen Regionen Bayerns gekommen. Besonders ausgeprägt war der Trockenstress in den Jahren 2003 und 2018 (Trockenstressintensitätsindex bayernweit: +300 %). Während 2003 die höchsten Abweichungen im südbayerischen Flachland (+711 %) auftraten, lagen sie 2018 in den Mittelgebirgen (+816 %). Auch 2022 war die Abweichung des Trockenstressindex mit +863 % in den Mittelgebirgen besonders stark. 

Extremereignisse wirken sich deutlich auf das Baumwachstum aus. Infolge der Trockenjahre 2003 sowie 2018/2019, aber auch nach dem Spätfrostereignis 2011, liegen die Zuwachswerte im Vergleich zur Referenzperiode überwiegend im negativen Bereich. Die Baumarten reagieren unterschiedlich auf Trockenperioden: Bei manchen Arten lag die Durchmesserentwicklung trotz der extremen Witterung kaum unter oder sogar über dem Niveau der Referenzperiode. Zu den beeinflussenden Faktoren zählen neben der Baumart insbesondere die Standortverhältnisse sowie regionalklimatische Unterschiede; ebenso können Hiebsmaßnahmen, Intensität der Fruktifikation und waldschutzrelevante Aspekte eine Rolle spielen.

Die Intensität des Trockenstresses an den WKS wurde zur besseren Übersicht in zwei Klassen eingeteilt: moderat (mehr als +25 %) und stark (mehr als 100 % der Tdiff-Summe über dem langjährigen Mittel). Zwischen 2000 und 2024 wurden an den WKS 50 Trockenstress-Wertespannen erreicht (Abbildung 4). In 36 Fällen (72 %) trat eine Wachstumsreduktion auf, in 14 Fällen (28 %) nicht.

Als physiologisch wirksamer Spätfrost wird definiert, wenn die minimale Temperatur innerhalb einer Woche vor oder nach dem Austriebszeitpunkt –2 °C bzw. –3 °C unterschreitet. Von 54 Spätfrostfällen kam es in 35 Fällen (65 %) zu einer Wachstumsreduktion, in 20 Fällen (35 %) wurde keine Reduktion beobachtet. In sieben Fällen war die Reduktion mit Trockenstress verknüpft; in einem Fall an der WKS Altdorf im Jahr 2020 blieb das Wachstum trotz gleichzeitigem Spätfrost und Trockenstress unbeeinträchtigt.

Eine weitere Methode, um die Auswirkungen von Extremjahren auf das Wachstum zu beschreiben, ist die Messung von Jahrringbreiten. Ein Beispiel stellt die Fichten-Fläche der WKS Riedenburg II nördlich des Altmühlkanals dar: Der Bestand befindet sich auf der Albhöhe, einem schwach geneigten Südwesthang mit tonigen Ausgangssubstraten, die teilweise mit Feinlehm überdeckt sind. Die Wasserspeicherkapazität des Standorts ist gering. Der Bestand ist etwa 70 Jahre alt, stammzahlreich und von einer geringen Baumdimension geprägt. Von zwölf zur Durchforstung ausgezeichneten Fichten konnten je zwei Bohrspäne gewonnen und im Jahrringlabor der LWF aufbereitet und gemessen werden (Abbildung 7). Nach der Erstellung der Wachstumskurven fand eine Alterstrendbereinigung statt. Dadurch entsteht ein Jahrringbreitenindex (RWI), der um den Mittelwert der gesamten Chronologie herum schwankt, um altersbedinge Zuwachseffekte auszuschließen (Abbildung 7). 

Sowohl der RWI als auch der Bodenwasservorrat sind als prozentuale Abweichung vom Mittelwert für die letzten 35 Jahre dargestellt (Abbildung 8). Der Bodenwasservorrat wurde für die Vegetationsperiode bis 40 cm Tiefe mit LWF-Brook90 modelliert. 

Die Wachstumskurve folgt nicht in jedem Jahr dem Verlauf des Bodenwasservorrats, ist diesem aber dennoch gut erkennbar angepasst. In Folge des Hitze- und Dürresommers 2003 erleiden die Fichten einen vier Jahre anhaltenden Zuwachseinbruch von durchschnittlich 19 %. Erst 2007 erholen sie sich und es folgen fünf besonders gute Jahre mit durchschnittlich 38 % breiteren Jahrringen als im Mittel. Erst mit dem niedrigen Bodenwasservorrat der Vegetationsperiode von 2012 sinkt auch die Zuwachskurve wieder ab. Der Trockenstress scheint auch dieses Mal für mehrere Jahre das Wachstum zu beeinträchtigen, denn trotz guter und durchschnittlicher Bodenfeuchte in den Jahren 2013 und 2014 bleibt der Zuwachs niedrig. Im besonders trocken-heißen Sommer 2015 bricht das Wachstum sogar um 34 % ein. Im Extremjahr 2018 überschritt die Jahresdurchschnittstemperatur an der WKS Riedenburg erstmals 9 °C, während der Bodenwasservorrat erstmals für drei Jahre in Folge deutlich unter dem Durchschnitt blieb – allerdings bei nur moderatem Wachstumsrückgang. Betrachtet man jedoch den Zeitraum von 2013 bis 2020 wird deutlich, dass acht Jahre in Folge kein überdurchschnittlich gutes Wachstumsjahr verzeichnet wurde – im Mittel blieb das Wachstum um 15 % zurück. Auffällig ist in diesem Zeitraum die Häufung besonders warmer Jahre mit Durchschnittstemperaturen von über 8,5 °C. 2021 und 2024 deuten sich leichte Erholungseffekte an, es kann also bis jetzt kein dauerhaft rückläufiges Wachstum festgestellt werden. 

Die vorliegenden Jahrringdaten bestätigen, dass Fichten sehr sensibel auf Trockenstress reagieren. Dies stimmt mit früheren Untersuchungen überein, die eine eingeschränkte Wasserversorgung in Kombination mit hohen Temperaturen als zentralen Treiber für vermindertes Wachstum der Fichte identifizieren. Die zunehmende Empfindlichkeit der Fichten gegenüber Trockenstress stützt die forstwirtschaftliche Anpassungsstrategie, Reinbestände in stabilere Mischbestände umzuwandeln.