Charakterisierung und Erhaltung des Traubeneichen-Vorkommens "Urwald Weißwasser" im Vorfeld des Braunkohlentagebaus

Das älteste, bis zu 300 Jahre alte Traubeneichen-Vorkommen der Lausitz muss dem Braunkohlen-Tagebau weichen. Die detaillierte Beschreibung der Population und der Aufbau von Samenplantagen dienen der Erhaltung dieser wertvollen genetischen Ressource.

Im Vorfeld des Braunkohlentagebaus Nochten befindet sich das Waldgebiet Muskauer Heide. Im Zentrum dieses Waldgebietes liegt das ca. 100 ha große ehemalige Naturschutzgebiet "Urwald Weißwasser". Seit Jahrhunderten prägen natürliche Traubeneichen-Kiefern-Wälder und Fichten-Kiefernwälder das Waldbild mit den Hauptbaumarten Traubeneiche (Quercus petraea [Matt.] Liebl.), Gemeine Fichte (Picea abies [L.] Karst.) und Waldkiefer (Pinus sylvestris L.).

Genetisches Potential langfristig erhalten

Diese zum Teil wahrscheinlich autochthonen und an die regionalen Klimabedingungen angepassten Vorkommen befinden sich im Vorfeld des Braunkohlentagebaues Nochten. Im Zuge des Tagebaufortschritts müssen die Bestände dem Abbaufeld weichen. Aufgrund der überregionalen Bedeutung der genetischen Ressourcen wurde im Rahmen eines von der Vattenfall Europe Mining AG finanzierten Projektes gemeinsam mit dem Staatsbetrieb Sachsenforst (SBS) versucht, wesentliche Bestandteile der Populationen dieser drei Baumarten zu evakuieren und zu sichern.

Durch die detaillierte Charakterisierung und die Anlage von Samenplantagen soll die Voraussetzung geschaffen werden, das genetische Potential der regionalen Vorkommen dieser drei Arten langfristig zu erhalten, für die Region, auch bei der Rekultivierung der Bergbaufolgelandschaften, wieder zu nutzen und in die Landschaft einzubringen.

Über den Inhalt des Projektes berichtet der Beitrag "Erhaltung und Nutzung forstgenetischer Ressourcen für die forstliche Rekultivierung von Bergbaufolgelandschaften". Im vorliegenden Beitrag werden Maßnahmen Erhaltung und Ergebnisse der Charakterisierung der Traubeneiche vorgestellt. Auf die Ergebnisse für Waldkiefer und Tieflandsfichte wird in gesonderten Beiträgen eingegangen.

Generhaltung

Bereits im Zeitraum von 1999 bis 2003 begann die Sicherung von Traubeneichen aus Generhaltungsbeständen. Von 140 Altbäumen des Vorkommens wurden Reiser geschnitten und im heutigen Zentrum für forstliches Vermehrungsgut des Staatsbetriebes Sachsenforst gepfropft. Die daraus entstandenen Pfropflinge dienten 2004/05 zur Anlage einer Traubeneichen-Samenplantage auf einer Rekultivierungsfläche des Tagebaus Nochten.

Der durchschnittliche Ausfall auf der Traubeneichen-Erhaltungssamenplantage betrug in den ersten drei bis vier Jahren nach Pflanzung 20 %, wobei 11 % der erhaltenen Klone vollständig abgängig waren. Ursache für die hohen Ausfälle in kurzer Zeit sind unter anderem die extremen Bedingungen auf der Rekultivierungsfläche, die zu Trockenstress, Spätfrostschäden und Windbrüchen an der Veredelungsstelle führten.

Andererseits konnte im August 2008 bereits an 5 % der Pfropflinge die Ausbildung von Eicheln beobachtet werden. Diese Ergebnisse sprechen zum einem für die gewählte Strategie, Erhaltungssamenplantagen anzulegen. Andererseits sollten die wertvollen genetischen Ressourcen der Traubeneiche zur Risikominimierung durch eine zweite Erhaltungssamenplantage auf gewachsenem Boden gesichert werden.

Im Rahmen des Projektes wurden einige der ausgefallenen Klone erneut abgepfropft und weitere 55 Altbäume evakuiert. Während die 1999-2003 gepfropften Klone einen geschlossenen Bestand ("Kernbestand") bilden, stammen die zusätzlich gesicherten Klone aus in der Nähe befindlichen kleineren Teilvorkommen ("Jagdschlosswiese", "Grüner Weg / Eichgarten") (s. Abb. 2). Die Zugehörigkeit aller Bestandesteile zu einer Population wurde vermutet und sollte mit Hilfe genetischer Analysen untersucht werden.

Genetischen Charakterisierung

Isoenzymanalysen

Alle 195 evakuierten Klone des Gesamtvorkommens "Urwald Weißwasser" wurden an acht Enzym-Genorten untersucht. Zusätzlich erfolgte die genetische Charakterisierung von zwei in unmittelbarer Nähe des zu erhaltenden Traubeneichenvorkommens "Urwald Weißwasser" gelegenen Saatguterntebeständen anhand von Stichproben mit je ca. 100 Individuen als Referenz. In der Auswertung wurde zum einen das Vorkommen "Urwald Weißwasser" insgesamt mit den beiden Saatgutbeständen verglichen, zum Zweiten wurden die Teilvorkommen einzeln betrachtet. Hintergrund der Untersuchung waren zwei Fragen:

  1. Gehören der Kernbestand und die Teilvorkommen "Jagdschlosswiese" und "Grüner Weg/Eichgarten" zu einer Grundgesamtheit? Nur in diesem Falle kann die Verwendung aller Klone für die Erhaltungssamenplantage empfohlen werden.
  2. Sind die beiden etwa 150jährigen Saatgutbestände Nachkommen der Population "Urwald Weißwasser"? Dann könnten beide eventuell als Generhaltungsbestände angesehen werden. Das Risiko, das genetische Potential der Traubeneichen im "Urwald Weißwasser" zu verlieren, wäre damit erheblich reduziert.

Die Ergebnisse zeigen für die bereits evakuierten Traubeneichen des „Urwaldes Weißwasser“ im Vergleich zu den beiden Saatguterntebeständen höhere Werte der genetischen Vielfalt und Diversität sowie der Heterozygotie.

Clusteranalysen

In den Vergleich der drei Teilkollektive "Kernbestand" – "Grüner Weg/Eichgarten“ – "Jagdschlosswiese" wurden außer den zwei Saatgutbeständen drei weitere sächsische Traubeneichen-Vergleichsbestände aus einer früheren Untersuchung einbezogen. Durch die Clusteranalyse der genetischen Abstände (s. Abb. 6) wird deutlich, dass die Teilvorkommen "Kernbestand" und "Grüner Weg/Eichgarten" ähnliche genetische Strukturen aufweisen. Sie bilden eine Gruppe in einem größeren Cluster mit den geografisch weiter entfernten sächsischen Vergleichsbeständen.

Dagegen clustern die Strukturen des sehr kleinen Teilvorkommens "Jagdschlosswiese" und die der Saatguterntebestände mit deutlich größerem Abstand zu einer eigenen Gruppe. Der paarweise Vergleich der Allelhäufigkeiten ergab hochsignifikante Unterschiede an der Mehrheit der untersuchten Genorte zwischen den Saatguterntebeständen auf der einen Seite und dem Kernbestand bzw. den sächsischen Vergleichsbeständen auf der anderen Seite.

Analyse von Chloroplasten-DNA-Markern

Im Gegensatz zum Kern-Genom enthält die genetische Information der Zellorganellen nur jeweils einen Chromosomensatz und wird von einem Elter vererbt. Im vorliegenden Projekt wurden Marker aus dem Chloroplasten – Genom verwendet (cpDNA), die mütterlich vererbt werden. Die Ausbreitung unterschiedlicher genetischer Varianten ist damit ausschließlich an die Eicheln gebunden und lokal relativ begrenzt. Deshalb eignen sich diese Marker besonders gut, um geographische Differenzierungen zu untersuchen.

Im Rahmen einer europaweiten Untersuchung von Eichenbeständen konnten auf der Grundlage der Variation von cpDNA-Markern die Rückwanderungswege dieser Baumart nach der letzten Eiszeit aufgeklärt werden. Als Ergebnis des EU-Projektes konnte man bestimmte Haplotypen, die in großen Teilen Europas gefunden wurden, bestimmten eiszeitlichen Refugien zuordnen.

In einer früheren Untersuchung wurden aus 15 sächsischen Eichenbeständen die cpDNA von je 30 Individuen untersucht. Alle sächsischen Bestände konnten der Linie A (Balkanhalbinsel) mit vier verschiedenen Haplotypen zugeordnet werden. Die 30 untersuchten Individuen aus dem "Urwald Weißwasser – Kernbestand" wiesen alle den Haplotyp 5x auf, der ansonsten bei Traubeneiche kaum vorkam.

Im Rahmen des Vattenfall-Projektes wurden je 30 Individuen aus den beiden Saatgutbeständen und insgesamt 30 Klone aus den Teilvorkommen "Jagdschlosswiese" und "Grüner Weg /Eichgarten" mit dieser Methode untersucht. An allen untersuchten Proben wurde der gleiche Haplotyp festgestellt, wie im "Kernbestand".

Schlussfolgerungen und Anlage der Plantage

Die Ergebnissen der cpDNA Analysen zeigen, dass sowohl alle Teilkollektive des Vorkommens "Urwald Weißwasser" als auch die beiden Saatgutbestände dem gleichen Refugialgebiet zuzuordnen sind. Der einheitliche Haplotyp lässt die Entstehung aus einer Grundgesamtheit vermuten.

Die Ergebnisse der Isoenzymanalysen weisen aber darauf hin, dass nach derzeitigem Erkenntnisstand die beiden Erntebestände keine Nachkommen des "Kernbestandes Urwald Weißwasser", sondern möglicherweise aus Saatgut entstanden sind, das von den leichter zugänglichen Bäumen im Teilvorkommen "Jagdschlosswiese" gesammelt wurde. Die Erntebestände leisten somit, obwohl sie aus dem gleichen Refugialgebiet entstammen, auf Grund ihrer abweichenden genetischen Strukturen keinen hinreichenden Beitrag für die Erhaltung des "Kernbestandes Urwald Weißwasser". Die bereits erhaltenen Traubeneichen des Teilvorkommens "Jagdschlosswiese" wurden deshalb für die Anlage der Erhaltungssamenplantage nicht berücksichtigt.

Die Anlage der zweiten Traubeneichen-Erhaltungssamenplantage im Sächsischen Forstbezirk Oberlausitz begann im Mai 2009. Im Endzustand werden in der Erhaltungssamenplantage 225 erhaltene Klone in bis zu vierfacher Wiederholung auf einer Gesamtfläche von 3,9 ha vertreten sein.

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