Über ihre Wurzeln nehmen Bäume Wasser aus dem Boden auf, das anschließend durch Stamm und Zweige bis in die Blätter transportiert wird. Dort wird es für die Photosynthese benötigt und kühlt den Baum durch Verdunstung. Mit dem Wasser gelangen auch wichtige Nährstoffe in die Pflanze, vor allem Stickstoff. Er wird meist als Nitrat oder Ammonium aufgenommen und ist unverzichtbar für das Pflanzenwachstum, da er für den Aufbau von Proteinen, Enzymen und Chlorophyll gebraucht wird.
Trocknet der Boden aus, wird diese Versorgung jedoch schwieriger. Denn viele lebenswichtige Nährstoffe erreichen den Baum nur gelöst im Wasser. Bleibt der Nachschub aus, kann das Wachstum gebremst und die Gesundheit der Bäume langfristig geschwächt werden.
Dem Wasser und Stickstoff auf der Spur
Ein Forschungsteam um Klara Mrak von der Universität Göttingen hat nun untersucht, wie Bäume unter Trockenbedingungen Wasser und Stickstoff aufnehmen. Dafür analysierten die Forschenden 18 Douglasien und Buchen in zwei Wäldern im Nordwesten Deutschlands. Während der Boden am ersten Standort lehmig und nährstoffreich war, bestand er am zweiten überwiegend aus sandigem, nährstoffarmem Material.
Um die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen nachverfolgen zu können, brachten die Forschenden isotopenmarkierten Wasserstoff und Stickstoff in einer Tiefe von 60 Zentimetern in den Boden ein. Dafür verwendeten sie stabile, nicht radioaktive Varianten dieser Elemente – beim Wasserstoff die seltene Form Deuterium und beim Stickstoff eine schwerere Variante als üblich. Diese bleiben im Baum nachweisbar und ermöglichen es, ihren Weg durch die Pflanze zu verfolgen. Zusätzlich maßen die Forschenden mit einem Saftfluss-Messgerät die Geschwindigkeit des Wassertransports. Zur erwarteten Ankunftszeit der markierten Flüssigkeit kletterten sie in die Baumkronen und entnahmen über zwei Monate hinweg Proben aus Blättern und wasserleitendem Gewebe.
Ein Wettlauf nach oben
Das Ergebnis: Die Wasserstoff-Isotope erreichten die Kronen der 20 bis 30 Meter hohen Bäume innerhalb von vier Wochen oder früher. Stickstoff-Isotope waren dagegen erst nach vier bis sechs Wochen nachweisbar. „Wasser fließt schnell durch die Leitbahnen der Bäume, und zwar als beständiger Wasserstrom von den Wurzeln zu den Blättern. Stickstoff wird vom Wasser mitgeführt, unterwegs aber von biologischen Prozessen gebremst. Dass der Transport der beiden Ressourcen so entkoppelt verläuft, wurde bislang nur im Labor, nicht aber im Wald an ausgewachsenen Bäumen nachgewiesen“, erklärt Mrak.
Die Studie zeigte auch, aus welchen Schichten die Bäume ihr Wasser beziehen: Bäume auf sandigen Böden, in denen Wasser schnell versickert, nahmen mehr Ressourcen aus tieferen Bodenschichten auf als Bäume auf lehmigen Böden. „Douglasien können auf sandigen Böden Ressourcen aus der Tiefe aufnehmen, noch mehr als Buchen. Diese Beobachtung unterstreicht ihre Anpassungsfähigkeit unter Trockenstress“, sagt Co-Autorin Christina Hackmann von der Universität Gölttingen. „Das sind vielversprechende Eigenschaften für klimaresiliente Wälder in Zeiten zunehmender Dürren.“
Quelle: Georg-August-Universität Göttingen; Fachartikel: Plant, Cell & Environment, doi: 10.1111/pce.70327
