Dürrejahre machen Kiefernwald zur CO₂-Quelle
• Die wiederkehrenden Hitze- und Dürrejahre seit 2018 haben einen
Kiefernwald in Südwestdeutschland langfristig geschädigt. Über 60 Prozent
der Kiefern starben ab. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität
Freiburg anhand von langjährigen Daten aus einem Versuchswald bei Hartheim
am Rhein.
• Nach 2018 wandelte sich der Wald von einer Kohlenstoffsenke zu einer
Kohlenstoffquelle. Seitdem setzt er also durchschnittlich mehr CO₂ frei,
als er der Atmosphäre entziehen kann.
• Laubbäume wie die Hainbuche oder Linde ersetzen die absterbenden
Kiefern, können aber den Verlust an CO₂-Speicherkapazität noch nicht
vollständig kompensieren.
Wiederholte Hitzewellen und Dürren verursachen in Kiefernwäldern nicht nur
akute Schäden, sondern können langfristige Veränderungen und Schädigungen
des Waldes – sogenannte „Legacy-Effekte“ – bewirken. Das zeigt eine
Feldstudie und Datenanalyse der Universität Freiburg in einem Kiefernwald
bei Hartheim am Rhein in Südwestdeutschland. Mithilfe von Satelliten- und
Klimadaten sowie ökophysiologischen Messungen belegten die Forschenden,
dass die Dürrejahre ab 2018 zu einer strukturellen Veränderung des
untersuchten Waldökosystems führten: Laubbaumarten ersetzen zunehmend die
ursprünglich dominanten Waldkiefern. Zudem konnte der Wald kein CO₂ aus
der Atmosphäre mehr binden, sondern begann, selbst CO₂ abzugeben. Die
Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Plant Biology
veröffentlicht.
„Unsere Daten zeigen, dass sich der Wald durch die wiederkehrenden
Hitzewellen und Dürren seit 2018 fundamental verändert und einen Kipppunkt
überschritten hat. Er ist von einer Kohlenstoffsenke zu einer
Kohlenstoffquelle geworden“, sagt Dr. Simon Haberstroh, Erstautor der
Studie und akademischer Rat an der Professur für Ökosystemphysiologie der
Universität Freiburg. „Grund für diesen Wandel ist vor allem das massive
Absterben der Kiefern. Zwar werden die Kiefern langsam von Laubbäumen
ersetzt, doch das kann die negative CO₂-Bilanz noch nicht kompensieren.“
Langzeitbeobachtung ermöglicht Vergleich vor und nach der Dürreperiode
2018
Die Studie basiert auf Daten des Forschungswaldes Hartheim in der
Oberrheinebene, an dem Forschende der Universität Freiburg seit
Jahrzehnten Umwelt- und Klimadaten erheben. Der Versuchswald ist Teil der
europäischen Forschungsinfrastruktur ICOS (Integrated Carbon Observation
System), zu welcher die Freiburger Forschenden langfristig beitragen und
damit wichtige Daten für die Klimaforschung liefern. Die
Langzeitbeobachtung ermöglichte es den Forschenden, Daten aus der Zeit vor
der Dürreperiode (2003–2006) mit den Jahren danach (2019–2023) zu
vergleichen.
Bei der Untersuchung arbeiteten Forschende der Professuren für
Ökosystemphysiologie und für Umweltmeteorologie eng zusammen. Das erlaubte
es dem Team, verschiedenartige Messungen zu kombinieren: ökophysiologische
Daten wie den Wasserfluss in Bäumen („Saftfluss“), Fernerkundungsdaten zur
Vegetationsvitalität (Enhanced Vegetation Index, EVI), sowie
mikrometeorologische Messungen des Kohlenstoffaustauschs zwischen Wald und
Atmosphäre (Net Ecosystem Carbon Exchange, NEE).
Massives Kiefernsterben seit 2018
Die Forschenden konnten zeigen, dass der Wald zwischen 2003 und 2006 im
Schnitt 391 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr aufnahm. Mit der
Hitze- und Dürreperiode ab 2018 wurde die CO₂-Bilanz jedoch neutral bis
negativ. „Wenn dieser in Hartheim beobachtete Effekt großflächig auftritt,
würden wir die Funktion der Wälder verlieren, menschgemachte CO2
Emissionen teilweise zu binden und die Klimawirkung unserer Emissionen
abzuschwächen. Stattdessen würde das den Klimawandel weiter
beschleunigen,“ erklärt Prof. Dr. Andreas Christen, Ko-Autor der Studie
und Leiter der Professur für Umweltmeteorologie an der Universität
Freiburg. Im nassen und kühlen Jahr 2021 verhielt sich das Ökosystem
nahezu kohlenstoffneutral mit einer CO₂-Abgabe von 13 Gramm pro
Quadratmeter. In den trockeneren und heißeren Jahren 2019, 2020, 2022 und
2023 verwandelte sich das Ökosystem hingegen in eine Kohlenstoffquelle,
mit einem Höchstwert von 329 Gramm abgegebenem Kohlenstoff pro
Quadratmeter im Hitzejahr 2022. Als Ursache dafür identifizierten die
Forschenden massive Schäden an den Waldkiefern (Pinus sylvestris), von
denen bis 2023 über 60 Prozent abgestorben waren. Die überlebenden Kiefern
zeigten einen stark verringerten Wassertransport. An ihre Stelle traten
zunehmend Laubbäume wie die Hainbuche (Carpinus betulus), die Linde (Tilia
spp.) oder die Buche (Fagus sylvatica).
„Die Verschiebung von Nadel- zu Laubwald führt jedoch nicht automatisch zu
einer Erholung von Waldökosystemen“, erklärt Prof. Dr. Christiane Werner,
Letztautorin der Studie und Professorin für Ökosystemphysiologie an der
Universität Freiburg. „Wir dürfen die Resilienz unserer Wälder gegenüber
Klimastress nicht überschätzen und brauchen mehr Forschung, um die
Veränderungen und Schädigungen von Waldökosystemen durch den Klimawandel
zu verstehen.“
• Originalpublikation: Haberstroh, S., Christen, A., Sulzer, M., Scarpa,
F. & Werner, C. (2025). Recurrent hot droughts cause persistent legacy
effects in a temperate Scots Pine forest. Plant Biology. DOI:
https://doi.org/10.1111/plb.70
• Prof. Dr. Christiane Werner hat die Professur für Ökosystemphysiologie
an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität
Freiburg inne. Sie ist Sprecherin des DFG-geförderten
Sonderforschungsbereichs 1537 „ECOSENSE – Skalenübergreifende
Quantifizierung von Ökosystemprozessen in ihrer räumlich-zeitlichen
Dynamik mittels smarter autonomer Sensornetzwerke“. Zudem ist sie
Principal Investigator des Exzellenzclusters „Future Forests – Adapting
Complex Social-ecological Forest Systems to Global Change“, der 2026 seine
Arbeit aufnimmt.
• Prof. Dr. Andreas Christen leitet die Professur für Umweltmeteorologie
an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität
Freiburg. Er ist Principal Investigator des Integrated Carbon Observation
System (ICOS)-Standortes in Hartheim am Rhein sowie zahlreicher weiterer
Forschungsprojekte und -verbünde, darunter der ERC Synergy Grant
„urbisphere“, der Sonderforschungsbereich 1537 „ECOSENSE“ sowie der
zukünftige Exzellenzcluster „Future Forests“.
• Dr. Simon Haberstroh ist akademischer Rat auf Zeit an der Professur für
Ökosystemphysiologie an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen
der Universität Freiburg. Er ist Young Principal Investigator im DFG-
geförderten Sonderforschungsbereichs 1537 „ECOSENSE“. Zu seinen
Forschungsschwerpunkten zählen die Funktion, Erholung und Resilienz von
Ökosystemen im Klimawandel und ihre Anpassung an Dürre.
