Zukunftsfähige Baumarten an der trockenen Waldgrenze

Der Klimawandel wird den Bergwald stark beeinflussen. Vor allem in tieferen Höhenlagen muss damit gerechnet werden, dass die Abnahme von Grundfläche, Biomasse und Stammzahl die Schutzwirkung gegen Naturgefahrenprozesse wie Steinschlag oder Rutschungen beeinträchtigen wird (Hillebrand et al 2023, Moos et al 2023, Rigling et al 2013). Um die Resilienz der Schutzwälder zu erhöhen und eine Schwächung der Schutzwirkung zu verhindern, können proaktive Massnahmen notwendig sein. Die Beimischung trockenheitstoleranterer Arten könnte dabei helfen (Hillebrand et al 2023).

Die Walddynamik im Walliser Rhonetal wurde in den letzten Jahrzehnten vor allem durch die wiederholt auftretenden und teilweise grossflächigen Absterbeprozesse der Waldföhre geprägt. Trockenheit, in Kombination mit weiteren Faktoren, ist der Hauptgrund für die Föhrenmortalität (Bigler et al 2006, Rebetez & Dobbertin 2004, Rigling et al 2006, 2013, Weber et al 2007). Trockenheit ist meistens nicht die alleinige Todesursache. Sie schwächt die Bäume und löst häufig den Absterbeprozess aus (Rigling et al 2006). Weitere Ursachen des Föhrensterbens sind hohe Bestandeskonkurrenz (Bigler et al 2006, Rigling et al 2013), Insekten und Pathogene (Rebetez & Dobbertin 2004) sowie Misteln, die einen hohen Wasserverbrauch haben (Dobbertin & Rigling 2006). All diese Faktoren verursachen zusätzlichen Stress bei den durch Trockenheit geschwächten Bäumen (Bose et al 2024, Rebetez & Dobbertin 2004). Gleichzeitig breitet sich die Flaumeiche wieder im Rhonetal aus (Gimmi et al 2010). Sie kann sich besser verjüngen, und ihre Mortalitätsrate ist niedriger als diejenige der Föhre (Rigling et al 2013). Das Wachstum der Flaumeiche ist flexibler und reaktiver als jenes der Föhre, die sich z.B. aufgrund der langen Lebensdauer der Nadeln nicht so schnell anpassen kann (Weber et al 2007).

Das Föhrensterben kann lokal die Schutzwirkung der Wälder reduzieren (Rebetez & Dobbertin 2004). Um die Schutzfunktion auch in der Zukunft zu gewährleisten, empfehlen z.B. Hillebrand et al (2023) die Beimischung von trockenheitstoleranteren Baumarten. Die Verhältnisse im Wallis schränken aber die Baumartenpalette ein, da sich viele Arten bereits heute ihrer Trockenheitstoleranzgrenze nähern (Braun-Blanquet 1961). Die Beimischung gebietsfremder und trockenheitstoleranter Baumarten könnte helfen, die Baumartenvielfalt zu erhöhen und resiliente und zukunftsfähige Schutzwälder zu schaffen. Gemäss Eilmann und Rigling (2012) sowie Lévesque et al (2014) könnten die Schwarzföhre und die Douglasie vielversprechende Baumarten sein, was aber im Falle der Douglasie auch kritisch hinterfragt wird (Leuschner & Meinzer 2024).

Auf der Lötschberg-Südrampe wachsen wichtige Schutzwälder, die teilweise seit Jahrzehnten bewässert werden. Da die Bewässerung in Zukunft nicht gesichert ist, stellt sich die Frage nach der Zukunftsfähigkeit dieser Bestände und welche Baumarten für die Schutzwälder geeignet sind. Dazu wurde 2011 ein Bewässerungsexperiment eingerichtet und wurden neun potenziell trockenheitsresistente Baumarten getestet (Rigling et al 2015). Das Ziel war es, Baumarten zu identifizieren, die auf ausgeprägten Trockenstandorten überleben und wachsen können, und dabei den Einfluss der Bewässerung zu untersuchen. Das Experiment wurde ausführlich in der Masterarbeit von Bernath (2024) ausgewertet.

Die untersuchten Flächen befinden sich auf der Lötschberg-Südrampe, einem Südhang im Kanton Wallis in der Nähe von Brig (Abbildung 1). Auf diesem Hang verläuft die von der BLS betriebene Bahnlinie, die den Lötschberg-Scheiteltunnel mit Brig verbindet. Die BLS besitzt hier 314 ha Schutzwald (Condrau & Walther 2021). Er wächst zwischen 600 und 1400 m ü. M. in den kollinen und montanen Höhenstufen und gehört gemäss NaiS (Frehner et al 2005) zu den nördlichen Zwischenalpen.

Das Walliser Rhonetal ist eines der trockensten inneralpinen Täler und ist durch die Berner und Walliser Alpen vor Niederschlägen geschützt. Die Trockenheit wird durch die hohe Einstrahlung und die Kontinentalität verschärft (Braun-Blanquet 1961). Hinzu kommt der Klimawandel, der seit 1864 zu einem Anstieg der Durchschnittstemperatur von rund 2 °C geführt hat. Unter dem Szenario RCP8.5 («business as usual») wird bis 2060 ein weiterer Temperaturanstieg von ca. 2.6 °C erwartet, verbunden mit einer leichten Verlagerung der Niederschläge vom Sommer in den Winter (NCCS 2021).

Zum Schutz vor Naturgefahren hat die BLS ab 1923 Landwirtschaftsland gekauft, aufgeforstet und bewässert. Von Mai bis September wird alle drei Wochen während 24 Stunden bewässert, wobei ca. 35 l/m² Wasser eingebracht werden (Condrau & Walther 2021). Da die Wasserrechte der BLS in Konkurrenz zu Landwirtschaft und Kleinkraftwerken stehen, kommt es in trockenen Jahren zunehmend zu Engpässen in der Wasserversorgung der Schutzwälder. Die natürlichen Waldgesellschaften der Lötschberg-Südrampe (Abbildung 2) sind Flaumeichenwälder in der kollinen Stufe und Föhrenwälder in der hochmontanen Stufe. Die bewässerten Wälder sind überwiegend mit Esche, Bergahorn und Birke bestockt (Abbildung 2) (Condrau & Walther 2021).

Auf der Lötschberg-Südrampe wurden 2012/2013 zwischen Lalden und Brig neun Baumarten an drei Standorten angepflanzt: oberhalb des Mundbach-Tunnels, von Birgisch und von Unneri Warbflie, wobei die letzte Fläche den trockensten natürlichen Bedingungen ausgesetzt war. An jedem Standort gab es zwei Behandlungen: bewässert und nicht bewässert (Abbildung 3). Die Bäume wurden nach Baumart zu viert in Quadraten von 2 m × 2 m nach einem zufälligen Rastermuster über die Behandlungsfläche verteilt gepflanzt. Pro Behandlung und Standort gab es zehn Wiederholungen für jedes Artenquadrat. Insgesamt ergab dies 2160 Individuen, 240 pro Baumart. Die neun Baumarten waren fünf einheimische und vier nicht einheimische Arten (Tabelle 1). Die Pflanzungen im extremen Trockenjahr 2011 wurden aufgrund der sehr hohen Mortalität abgebrochen und 2012 erneut gestartet.

Die Daten stammen aus zwei verschiedenen Aufnahmen: aus Bernath (2024) und aus den Erhebungen der WSL zwischen 2012 und 2017 (Rigling et al 2015). Alle Bäume wurden gezählt und vermessen. 2024 wurden bei fünf Arten (Blumenesche, Douglasie, Waldföhre, Schwarzföhre, Flaumeiche) am Stammfuss ab einem Durchmesser von 7 cm Bohrkerne entnommen. Bei den anderen vier Arten wurden keine Bohrkerne entnommen, da die Anzahl der Individuen für statistische Auswertungen zu gering war. Insgesamt wurden 2024 760 Bäume vermessen, davon 527 auf den bewässerten und 233 auf den unbewässerten Flächen. 261 lebende Bäume wurden beprobt, 64 auf den unbewässerten und 197 auf den bewässerten Flächen.

Die Bohrkerne wurden auf Bohrkernträger geklebt und geschliffen, anschliessend wurden die Jahrringbreiten gemessen. Die Jahrringreihen der beiden Bohrkerne jedes Baumes wurden verglichen, um mögliche Messfehler aufzudecken. Dann wurden alle Messreihen für jede Kombination von Baumart, Standort und Behandlung zusammen dargestellt, um mögliche Inkohärenzen und Messfehler zu identifizieren. Diese wurden mit den Bohrkernen verglichen und gegebenenfalls korrigiert. Aufgrund der sehr kurzen Messreihen konnte keine Kreuzdatierung durchgeführt werden.

Um erfolgreiche Baumarten zu identifizieren, wurden die Überlebenszeit, das Wachstum und der Einfluss der Bewässerung untersucht. Die Überlebenszeitanalyse basierte auf Kaplan-Meier-Kurven (Kaplan & Meier 1958), die häufig in der medizinischen Forschung, aber auch für die Überlebensanalyse von Bäumen verwendet werden (z.B. Bianchi et al 2019). Das Produkt der einzelnen bedingten Wahrscheinlichkeiten, bis zum jeweiligen nächsten Zeitpunkt zu überleben, ergibt die Wahrscheinlichkeit, vom Anfang der Untersuchungszeit bis zu einem bestimmten Zeitpunkt zu überleben (Moore 2016). Aufgrund der Kombination der zwei Datensätze, die über keine gemeinsame Identifikation der Individuen verfügen, wurden die Daten bis zur letzten Aufnahme als intervallzensiert betrachtet und nach der letzten Aufnahme als rechtszensiert kategorisiert. Bei intervallzensierten Daten ist nur das Zeitfenster des Todes bekannt, nicht der genaue Zeitpunkt. Rechtszensiert bedeutet, dass ein Individuum bis zu einem bekannten Zeitpunkt überlebt hat, aber sein Schicksal nach diesem Zeitpunkt unbekannt ist (Moore 2016).

Der Unterschied in den im Frühjahr 2024 gemessenen Baumhöhen zwischen den beiden Behandlungen wurde mit einem einseitigen t-Test auf Signifikanz getestet. Die Jahrringbreiten von jedem Individuum wurden aus dem Durchschnitt beider Bohrkerne berechnet. Die Resultate wurden dann nach Behandlung und Baumart aufgeteilt und zusammen mit dem Durchschnitt der individuellen Kurven dargestellt.

Abbildung 4 zeigt die Überlebenskurven der neun untersuchten Baumarten. Am besten überleben Blumenesche und Flaumeiche, am schlechtesten Steineiche und Mehlbeere. Andere Arten wie Douglasie und Schneeballblättriger Ahorn überleben unter Bewässerung gut, weisen aber ohne Bewässerung eine hohe Mortalität auf. Die Mortalität ist entweder kontinuierlich, wie bei Esche oder Schwarzföhre, oder findet mehrheitlich in den ersten Jahren statt, z.B. bei Douglasie oder Steineiche. Da zwischen 2018 und 2024 keine Daten erhoben wurden, ist nicht bekannt, wie sich die Überlebenswahrscheinlichkeit in diesem Zeitraum entwickelt hat. Deswegen wurde dieses Zeitfenster in der Grafik grau hinterlegt. Der Sprung in den Werten im Jahr 2020 ist somit rein rechnerisch.

Die Arten mit dem besten Höhenwachstum waren die Douglasie und die Waldföhre (Abbildung 5). Die Douglasie auf den unbewässerten und die Waldföhre auf den bewässerten Flächen erreichten die höchsten Medianhöhen. Die tiefsten Werte wurden von der Steineiche und der Mehlbeere erreicht und auf den Kontrollflächen auch vom Schneeballblättrigen Ahorn. In der Regel wachsen die Bäume auf den bewässerten Flächen höher, mit Ausnahme der Douglasie und der Esche, die auf den unbewässerten Flächen eine höhere Medianhöhe erreichten. Bis auf diese beiden Baumarten zeigen alle Baumarten einen signifikant positiven Einfluss der Bewässerung.

Die Jahrringbreite (Abbildung 6) zeigt die Entwicklung des radialen Wachstums mit der Zeit. Die Bäume auf den unbewässerten Flächen wiesen eine erhöhte Variabilität der Jahrringbreite und ein synchroneres Wachstum auf als die bewässerten Bäume. Auf den bewässerten Flächen variierten die Jahrringbreiten ebenfalls mit der Zeit, aber nicht so synchron wie auf den unbewässerten Flächen. In den ersten Jahren bleiben die Jahrringe bei allen Arten sehr schmal. Erst nach einigen Jahren nimmt ihre Breite zu, zuerst auf den bewässerten Flächen, dann auf den unbewässerten. Bei den bewässerten Bäumen hat aber die Jahrringbreite in den letzten Jahren wieder abgenommen.

Blumenesche, Flaumeiche, Waldföhre und Schwarzföhre haben gute Resultate erzielt. Der Anwuchs der Douglasie ist empfindlich gegen Trockenheit (Foster et al 2020, Moser et al 2016), doch ist diese Phase überstanden, kann sie sich auch auf trockenen Flächen etablieren (Frei et al 2022). Steineiche und Mehlbeere scheinen, zumindest in den verwendeten Provenienzen, für diesen Standort nicht geeignet zu sein. Die meisten Arten profitierten von der Bewässerung. In diesem Zeitraum, in der viele Baumarten wie die Douglasie oder die Steineiche am empfindlichsten sind, ist die Wirkung der Bewässerung am grössten.

Die Douglasien sind am schnellsten in die Höhe gewachsen, gefolgt von Flaumeiche, Blumenesche und Schwarzföhre. Die geringen Jahrringbreiten in den ersten Jahren sind auf den Pflanzschock zurückzuführen, und das langsame radiale Wachstum in den folgenden Jahren dürfte eine Folge der starken Krautschichtkonkurrenz sein. Die Bewässerung puffert den Trockenstress ab, was zu individuell geprägten Wachstumsmustern führt, da die Witterung das Wachstum weniger stark koordiniert. Dies entspricht den Ergebnissen anderer Studien an trockenlimitierten Standorten (z.B. Rigling et al 2002). Auf den bewässerten Flächen ist in den letzten Jahren zum Teil ein Wachstumsrückgang ersichtlich, der auf die zunehmende Konkurrenz zwischen den gut wachsenden Bäumen zurückzuführen ist. Eine Durchforstung würde das Wachstum der verbleibenden Bäume fördern. Der Sonderfall der Douglasie ist interessant. Die grössere Pflanzenhöhe auf den unbewässerten Flächen ist wahrscheinlich die Folge des Ausfalls der trockenheitsempfindlicheren und schlechter wüchsigen Individuen. Dadurch erhöht sich der Medianwert der Höhe der verbleibenden Douglasien.

Blumenesche, Flaumeiche, Douglasie und Waldföhre sind die erfolgversprechendsten Arten. Viele Studien haben eine hohe Mortalität bei adulten Waldföhren nach Trockenjahren festgestellt (Bigler et al 2006). Der erhöhten Mortalität der älteren Waldföhren könnte beispielsweise mit einer verkürzten Umtriebszeit entgegengewirkt werden. Unsere Resultate und Erfahrungen im Wallis (Eilmann & Rigling, 2012, Lévesque et al 2014) zeigen, dass die Douglasie gut mit Trockenheit umgehen kann – anders als in den norddeutschen Tieflagen, wo sie unter Trockenheit zu leiden scheint (Cavelier et al 2025, Leuschner & Meinzer 2024). Flaumeichen und andere Laubbaumarten können sich nach einem Waldbrand durch Stockausschlag rasch wieder etablieren, was sie gegenüber Nadelbaumarten bevorteilt (Wohlgemuth & Moser 2018). Laubbäume und speziell die Flaumeiche gelten jedoch als verbissempfindlicher als die Waldföhre (Nussbaumer & Wohlgemuth 2016). Bei der Baumartenwahl müssen auch die möglichen Auswirkungen nicht einheimischer Arten berücksichtigt werden. Zum Beispiel haben Frei et al (2022) und Moser et al (2025) gezeigt, dass die Douglasie nach überstandenem Anwuchs die Verjüngung auf trockenen, nährstoffarmen Standorten dominieren kann, was zu einer Verdrängung einheimischer Arten führen könnte.

Die Ergebnisse des Experimentes zeigen, dass Bewässerung das Überleben und das Wachstum verbessert. Auf weniger extremen Standorten könnte eine höhere Mortalität in Kauf genommen werden, um die Anpassung der Bäume an die lokalen Bedingungen zu verbessern. Aufgrund der natürlichen Selektion würden nur die fittesten überleben. Am deutlichsten war dies in dieser Studie bei der Douglasie der Fall. Man muss aber bedenken, dass die Bewässerungsabhängigkeit der Bäume nicht an allen Standorten gleich war. So konnte auf der Fläche «Unneri Warbflie» praktisch kein Baum ohne Bewässerung überleben. Auch die gescheiterte erste Durchführung des Versuchs 2011 hatte gezeigt, dass ein extremes Trockenjahr zum Totalausfall führen kann. Bewässerung kann dieses Risiko erheblich reduzieren. Da Mortalität vor allem in den ersten Jahren nach der Pflanzung auftritt, wäre ein Kompromiss, nur in der Etablierungsphase zu bewässern, um die Mortalität zu verringern. Danach könnte die Bewässerung eingestellt und der Wasserverbrauch reduziert werden. Dies würde eine natürliche Abfolge von einigen günstigen Jahren simulieren, in denen sich die Verjüngung etablieren und nachfolgende Trockenheit besser überleben kann.

Aufgrund der Erkenntnisse aus den verschiedenen Analysen ergeben sich vier mögliche Bewirtschaftungsstrategien (Abbildung 7):

Alle vier Bewirtschaftungsstrategien verwenden ausschliesslich trockenheitstolerante Baumarten. Die geeignete Bewirtschaftungsstrategie hängt von den Prioritäten und der Risikobereitschaft der Forstbetriebe ab. Wird eine hohe Überlebensrate angestrebt, um einen lückenlosen und zuverlässigen Schutz zu gewährleisten, sollte dauerhaft bewässert werden. Steht jedoch ein langfristig besser angepasster Baumbestand im Vordergrund, kann der Verzicht auf Bewässerung die interessantere Wahl sein, birgt aber das Risiko eines erheblichen oder sogar vollständigen Verlustes der neuen Generation. Soll die Wiederbewaldung unterstützt und beschleunigt, jedoch mittels natürlicher Selektion die Anpassungsfähigkeit der Bäume ermöglicht werden, dann ist die temporäre Bewässerung eine Option.

Die Lötschberg-Südrampe ist ein extremer Trockenstandort, an dem nur wenige Baumarten überleben können. Um die Stabilität der Bestände und die zukünftige Bereitstellung von Waldleistungen zu sichern, müssen die richtigen Baumarten gefördert und entsprechende Behandlungen angewendet werden. Die Ergebnisse dieses Experiments haben gezeigt, dass Blumenesche, Flaumeiche, Douglasie und Waldföhre das grösste Potenzial haben. Die Bewässerung wirkt sich bei den meisten Arten positiv aus, ist aber nicht überall unerlässlich. Die vier vorgeschlagenen Bewirtschaftungsstrategien berücksichtigen dies und bieten eine Reihe von Möglichkeiten an, um standortgerecht einzugreifen. Die Limiten der Studie liegen einerseits in den eher kleinen Untersuchungsflächen, im einfachen Vergleich zwischen bewässert und nicht bewässert (d.h. ohne Einbezug eines Bewässerungsgradienten), in der fehlenden Berücksichtigung der Provenienzen sowie in der begrenzten Palette an angepflanzten Baumarten. Weitere Studien könnten versuchen, die Bewässerungsmenge zu variieren, um minimal notwendige Bewässerungsmengen und Schwellenwerte zu bestimmen oder verschiedene Provenienzen und weitere Baumarten zu berücksichtigen. Trotzdem konnte die Studie klar zeigen, dass es trotz zunehmender Herausforderungen und Unsicherheiten in Zeiten des Klimawandels auch auf den sehr trockenen Standorten der Lötschberg-Südrampe Ansätze gibt, um gefährdete Wälder zukunftsfähig zu machen.