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Peter Brang

Forschungsanstalt WSL

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Bestandesdynamik und Waldbau
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Artikel

Autor(en): Peter Brang, Stefanie von Felten
Redaktion: WSL, Schweiz
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Fichtenverjüngung: ist die Tageszeit der Besonnung wichtig?

In subalpinen Fichtenwäldern an steilen Nordhängen wird die Verjüngung seit einigen Jahren mit schlitzförmigen Bestandesöffnungen gefördert. Doch soll man diese Schlitze nach der Morgensonne oder nach der Nachmittagssonne ausrichten? Ein Feldexperiment hat nun gezeigt: Die Schlitzrichtung dürfte das Wachstum von Fichtensämlingen nicht beeinflussen. Da Besonnung die Bodentemperatur nur wenig erhöht, ist eine Wirkung der direkten Sonnenstrahlung auf das Wurzelwachstum fraglich.

Feldexperiment vom Gegenhang aus gesehen
Abb. 1 - Das Feldexperiment vom Gegenhang aus gesehen.
Foto: Peter Brang (WSL)

"Junge Fichten müssen die Sonne sehen". Diese Regel hat sich in mehreren Untersuchungen bestätigt, und sie wird in subalpinen Wäldern auch in der Praxis angewendet (Wunder und Brang 2003). Dahinter wird der folgende, teilweise nachgewiesene Zusammenhang vermutet: An Nordhängen in der subalpinen Stufe ist die Bodenwärme für das Wurzelwachstum von Fichtensämlingen limitierend; direkte Sonneneinstrahlung wärmt den Boden und stimuliert so das Wurzelwachstum.

Daher werden zur Einleitung der Verjüngung seit rund 15 Jahren schlitzförmige Bestandesöffnungen geschlagen. Diese Schlitze liegen wegen des Lawinenrisikos schräg zum Hang: an Nordhängen von Nordwest nach Südost, was zu mehr Sonneneinstrahlung am Morgen führt, oder von Nordost nach Südwest, so dass die Sonne vor allem am Nachmittag den Boden erreicht. Nach Bischoff (1987) soll in den Zentralalpen die weniger austrocknende Morgensonne günstiger sein, in den Randalpen die stärker wärmende Abendsonne. Doch was wirklich besser ist für die Fichtenverjüngung, ist nicht nachgewiesen.

Feldexperiment im Calfeisental

Design des Feldexperimentes
Abb. 2 - Design des Feldexperimentes. Blickrichtung Süd. Die dargestellte Anordnung wurde zehn Mal wiederholt.

Auf einer 50% geneigten, nach Norden exponierten Weide auf 1725 m über Meer im Calfeisental (SG) richteten wir ein Feldexperiment ein. Der Standort liegt gemäss NaiS-Einteilung (Frehner et al. 2005) am Übergang zwischen den Standortsregionen "Nördliche Randalpen" und "Zwischenalpen". Wäre die Weide von Wald bestockt, dürfte die Waldgesellschaft etwa einem Hochstauden-Fichtenwald entsprechen. Auf dieser Weide wurden 1,3-2,3 Meter hohe Holzwände errichtet (Abb. 1 und 2).

Auf der sonnenabgewandten Seite dieser künstlichen Bestandesränder pflanzten wir dreijährige Fichtensämlinge der Provenienz Rüeschegg (Gantrisch FR, 1620 m über Meer, Nordexposition) in Sechsergruppen. Jeweils zwei Sämlinge wurden in den Mineralboden gepflanzt, die anderen vier in Plastiktöpfe (ca. 20 cm × 20 cm gross) mit Toresa-Substrat und Startdüngung (Abb. 2).

Je nach Position hinter den Wänden erhielten die Sämlinge entweder am Morgen, um die Mittagszeit oder am frühen Nachmittag direktes Sonnenlicht, und zwar im Juni bei wolkenlosem Himmel während 1,5-3,0 Stunden täglich. Eine Kontrollpflanzung hätte nur diffuse Strahlung erhalten sollen; tatsächlich erreichte auch diese Sämlinge etwas Direktstrahlung (Tab. 1). Diese vier Behandlungen wurden auf der Weide zehn Mal wiederholt (Abb. 1).

Zu Beginn des Experiments sowie nach drei Vegetationsperioden erfassten wir die Höhe und den Wurzelhalsdurchmesser der Sämlinge. Anschliessend entnahmen wir 30 Sämlinge, trockneten und wogen diese im Labor und leiteten aus den Werten eine Schätzfunktion für das Trockengewicht her. Eine Klimastation registrierte bei rund 20 Sämlingen kontinuierlich die Bodentemperatur 4 cm unter der Bodenoberfläche. Tiefer dürften die Wurzeln junger Fichtensämlinge in Hochlagenwäldern kaum reichen (Brang 1996). Die eingestrahlte Energie wurde aus der Analyse von Fischaugenbildern hergeleitet.

   
Tab. 1 - Ergebnisse des Feldexperimentes. Werte in der Form x ± y bedeuten den Mittelwert und den einfachen Standardfehler des Mittelwertes. MEZ=mitteleuropäische Zeit (Sommerzeit unberücksichtigt).  
Tabelle: Ergebnisse des Feldexperimentes  

Tageszeit der Besonnung für Sämlingswachstum unwichtig

In den Behandlungen mit Besonnung morgens, mittags und nachmittags war das mittlere Trockengewicht der Sämlinge mit 10-11 Gramm sehr ähnlich. Sämlinge, die nur wenig Direktstrahlung erhielten, waren nach drei Jahren mit durchschnittlich 9,5 Gramm etwas leichter (Tab. 1). Einige zusätzlich ausserhalb des Feldexperimentes gepflanzte, ganztags besonnte Sämlinge waren mit rund 8,5 Gramm noch leichter.

Direkte Sonneneinstrahlung begünstigt das Wachstum also nur bis zu einem gewissen Grad; das Optimum liegt bei mittlerer Besonnung. Die Sämlinge mit Morgen-, Mittags- und Nachmittagssonne erhielten etwa gleich viel direkte Strahlungsenergie, deutlich mehr als die Sämlinge "ohne Direktstrahlung" (Tab. 1). Die diffuse Strahlungsenergie hing hingegen nicht signifikant mit dem Trockengewicht zusammen. Sie könnte aber die Sämlingsentwicklung auch erst, wie in einer Untersuchung in Sedrun, bei älteren Pflanzen beeinflussen (Frehner 2001).

Die mittlere Bodentemperatur in 4 cm Tiefe war in den drei Behandlungen mit Direktstrahlung von Juni bis September 2002 ähnlich; sie lag zwischen 9,1 und 9,3 °C (Tab. 1). Auch in der Behandlung "ohne Direktstrahlung" war die Bodentemperatur trotz deutlich geringerer Strahlungsenergie gleich hoch. Bei den ganztags besonnten Sämlingen hingegen war der Oberboden im Mittel um 1,2 °C wärmer, v.a. wegen höherer Temperaturen tagsüber.

Die Bodentemperatur in 4 cm Tiefe schwankte in den vier Behandlungen des Experimentes an sonnigen Tagen um nur 3 bis 4 °C (Abb. 3). Sobald der Boden besonnt war, dauerte es rund 40 Minuten, bis die Bodentemperatur zuzunehmen begann. Der Tagesgang der Lufttemperatur zeigte sich mit einer Verzögerung von 3-4 Stunden im Oberboden.

Typischer Temperaturverlauf an einem wolkenlosen Tag
Abb. 3 - Typischer Temperaturverlauf an einem wolkenlosen Tag (14. August 2001).
 

Im Experiment gelang es, wie geplant deutliche Unterschiede in der Tageszeit der Direktstrahlung zu schaffen. Obwohl die diffuse Einstrahlung bis zu doppelt so hoch war wie in realen Bestandeslücken (Brang et al., im Druck), dürften die Resultate auch dort gelten, und zwar nicht nur am Übergang von den nördlichen Randalpen zu den Zwischenalpen, wo wir das Experiment durchführten. Auch in den Zentralalpen sind ähnliche Effekte der Direktstrahlung zu erwarten. Hier dürfte aber die Wasserversorgung für Fichtensämlinge periodisch limitierend sein.

Schlitzrichtung für Sämlingswachstum nicht entscheidend

Tägliche Direktstrahlung von wenigen Stunden Dauer wirkt sich auf die Mittlere Bodentemperatur in 4 cm Tiefe kaum aus. Sogar bei voller Besonnung waren die Böden in 4 cm Tiefe nur um durchschnittlich 1,5 °C wärmer. Besonnung erwärmt die Böden nur näher an deren Oberfläche stärker (Imbeck und Ott 1987, Brang 1996). Unsere Resultate stützen daher den bisher angenommenen Wirkungspfad Direktstrahlung ' Bodentemperatur ' Wurzelwachstum ' Sämlingswachstum nicht.

Zwar waren die Sämlinge mit täglich 1,5 bis 3 Stunden potenzieller Direktstrahlung nach drei Jahren schwerer als diejenigen, die nur sehr wenig von der Sonne bestrahlt wurden, aber der Wirkungspfad über die Bodentemperatur ist fraglich. Möglich ist immerhin eine Wirkung näher an der Bodenoberfläche, zum Beispiel in 2-3 cm Tiefe. Es könnte sein, dass dort Temperaturwirkungen stärker sind und dies der Hauptwurzelraum für Fichtensämlinge an feuchten Nordhängen ist. Hier sind also Fragen offen.

Die Schlitzrichtung beeinflusst nicht nur die Tageszeit der Direktstrahlung, sondern auch die Niederschlagsverteilung. An den Schlitzrändern treten Luv- und Lee-Effekte auf (Imbeck und Ott 1987, Brang 1996 und 1997). Ob sich daraus Vorteile bestimmter Schlitzrichtungen ergeben, haben wir nicht untersucht.

Um eine klare Empfehlung einer bestimmten Schlitzrichtung abgeben zu können, hätte unser Experiment deutliche Effekte zeigen müssen. Diese blieben jedoch aus. Bis weitere Erkenntnisse vorliegen, insbesondere eine Bestätigung aus realen Schlitzen, ziehen wir aus der Studie folgenden Schluss: Bei der Wahl der Schlitzrichtung in nach Nord exponierten, subalpinen Fichtenwäldern steht nicht die Frage der Morgen- oder Nachmittagssonne im Vordergrund. Wichtiger sind andere Kriterien wie die Sturm- und Schneelastresistenz der Bestandesränder, die Niederschlagsverteilung und andere Kleinstandortsunterschiede sowie holzerntetechnische Gesichtspunkte.

Literatur

  • Bischoff, N., 1987: Pflege des Gebirgswaldes: Leitfaden für die Begründung und forstliche Nutzung von Gebirgswäldern. Eidgen. Drucksachen- und Materialzentrale, Bern.
  • Brang, P., 1996: Experimentelle Untersuchungen zur Ansamungsökologie der Fichte im zwischenalpinen Gebirgswald. Beih. Z. Schweiz. Forstver. 77.
  • Brang P., 1997. Ansamungsgunst und Verteilung der Direktstrahlung in schlitzförmigen Bestandesöffnungen zwischenalpiner Fichtenwälder. Schweiz. Z. Forstwes. 147: 761-784.
  • Brang, P.; von Felten, S.; Wagner, S., im Druck: Morning, noon, or afternoon: does timing of direct radiation influence the growth of Picea abies seedlings in mountain forests? Ann. For. Sci.
  • Frehner, M., 2001: Entwicklung von Fichtenverjüngung im Lehrwald Sedrun der ETH Zürich (nördliche Zwischenalpen). Schweiz. Z. Forstwes. 152: 12-24.
  • Imbeck, H.; Ott, E., 1987: Verjüngungsökologische Untersuchungen in einem hochstaudenreichen subalpinen Fichtenwald, mit spezieller Berücksichtigung der Schneeablagerung und der Lawinenbildung. Mitt. Eidgen. Inst. Schnee- Lawinenforsch. 42.
  • Wunder. J.; Brang, P., 2003: Fichtenverjüngung im Gebirgswald: Erfolgskontrolle in Schlitzen. Wald und Holz 84(6): 13-14.

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