Wassermangel, Hitze und weitere Belastungen machen den Wäldern Europas zunehmend zu schaffen. Verfärbungen und der Verlust von Blättern oder Nadeln werden dann schließlich mit bloßem Auge sichtbar. Doch wenn Spuren der Belastungen deutlich werden, sind die Schäden oft schon vergleichsweise weit fortgeschritten und möglicherweise unumkehrbar. Dadurch lassen sich auch Prozesse der Schadensbildung nicht mehr detailliert nachvollziehen. Vor allen für die Erforschung der Trockentoleranz von Waldbäumen sind deshalb praktische Methoden zur frühzeitigen Erfassung der pflanzlichen Reaktionen gefragt. Konkret gehen einige Forschergruppen etwa der Frage nach, wie man Wälder widerstandsfähiger gegenüber den Folgen des Klimawandels machen kann. Dabei suchen sie nach Baumarten oder Sorten, die sich für Aufforstungen besonders eignen.
Multispektrale Kameras blicken auf Baumkronen
Es gibt zwar bereits Analyseverfahren, die Hinweise auf akute Belastungen etwa während eines Hitzesommers in bestimmten Waldstücken liefern können. Doch sie sind vergleichsweise aufwändig oder es können nur wenige Bäume beurteilt werden. Im Rahmen ihrer Studie haben Forscher der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in Birmensdorf deshalb nun untersucht, inwieweit Drohnen-Aufnahmen zur feinen Erfassung des Zustands von Waldbäumen beitragen können. Damit sie besonders aufschlussreiche Bilder liefern können, wurden die Fluggeräte mit multispektralen Kameras ausgerüstet. Sie ermöglichen eine besonders detaillierte Aufschlüsselung der Wellenlängen, die von den Baumkronen bei Bestrahlung mit Tageslicht abgegeben werden.
Bei den experimentellen Drohnenmessungen nahmen die Forscher ein Waldstück im Wallis ins Visier, auf dem die WSL ein Langzeit-Experiment durchführt: An diesem von Natur aus vergleichsweise trockenen Standort werden seit 2003 Waldkiefern (Pinus sylvestris) unterschiedlichen Bewässerungsregimen ausgesetzt. Durch ihre Untersuchungen konnten die Forscher nun zeigen: In subtilen Veränderungen der pflanzlichen Farbstoffe Chlorophyll und Carotinoid spiegelt sich wider, wie viel ein Baum in die Photosynthese, und somit in das Wachstum investiert, oder aber in andere Prozesse, die durch Ressourcenknappheit hervorgerufen werden. „Vereinfacht kann man sagen, dass das Sonnenlicht, das von den Baumkronen reflektiert wird, Informationen über den Baumzustand enthält“, sagt Erstautorin Petra D’Odorico.
Subtile Pigmentveränderungen erfasst
Wie sie genauer erklärt, kommen Blätter oder Nadeln aus dem Gleichgewicht, wenn es an Wasser mangelt, während gleichzeitig die Lichteinstrahlung oft am stärksten ist. Sie absorbieren dabei mehr Energie, als sie für die Photosynthese brauchen, weil sie ihre winzigen Atmungsöffnungen (Stomata) schließen müssen, um ein Austrocknen zu verhindern. Um die überschüssige Energie abzuleiten, kurbeln die Nadeln dann die Umwandlung von Pigmenten an. Genau diese Aktivität kann über die multispektrale Bildgebung beobachtet werden. „Das ist, als wenn wir sehen würden, wie sich der unsichtbare Stress im Baum aufbaut. So können Wissenschaftler nun bei noch gesund scheinenden Bäumen erkennen, ob sich eine Beschädigung durch Trockenheit abzeichnet“, sagt D’Odorico.
