The climatic drought limit of common tree species depend on soil nutrient status
In forest ecology, there is a huge experience in the ecological amplitude of tree species, which is commonly represented in so-called ecograms. However, the ecogram axes are purely qualitatively described and scaled. In the study presented here, we try to specify the drought limit in the ecogram for the ten most abundant and economically important tree species in Germany (Norway spruce, Scots pine, silver fir, European beech, pedunculate oak, sessile oak, sycamore maple, European elm, hornbeam and common ash) using generalized regression models. We use data on the occurrence of the tree species and on the soil of about 3300 plots of the second German forest soil condition survey (BZW II), combined with data from the ICP Forests Level I program (BioDiv and BioSoil) from 13 neighboring European countries as well as climate data from WorldClim. The focus is on the question to what extent the drought limit of the tree species depends on the soil nutrient status. As a predictor of nutrient status, we chose the base saturation type (BT) already introduced in practice. The warmth factor was included as Growing Degree Days, the water balance as climatic water balance in the forest vegetation period (KWB). The drought limit could be specified for all tree species except elm and pedunculate oak. It was found that not only in known nutrient-sensitive tree species (sycamore, ash, hornbeam), the drought limit depends on the BT, but also in beech and spruce. In the case of sycamore as an example of a nutrient-sensitive species, the dry climate limit on strongly acidic soils (BT 5) is already reached at a KWB of 20 l/m2, on base-rich (BT 1 and 0) only at a KWB of −150 l/m2. In beech, too, the drought limit on acidic soils has been reached more quickly than on base-rich sites (BT 5: −40 l/m2, BT 0: −120 l/m2). In contrast, the reaction of spruce is reversed (BT 5: −50 l/m2, BT 0: 10 l/m2). For pine, sessile oak and fir, the drought limit is independent of the base type and is −230 l/m2 (Scots pine), −150 l/m2 (sessile oak) and 0 l/m2 (silver fir). The drought limit specified by BT is a helpful quantity, especially in view of climate change, as it makes it possible to better estimate the potential of the different tree species.
Die klimatische Trockengrenze häufiger Baumarten hängt vom Bodennährstoffstatus ab
In der Waldökologie besteht ein grosses Erfahrungswissen über die ökologische Amplitude der Baumarten. Dieselbe wird üblicherweise in sogenannten Ökogrammen gefasst, mit den Nährstoffansprüchen auf der x- und den Feuchteansprüchen auf der y-Achse. Die Achsen sind jedoch zumeist rein qualitativ beschrieben und skaliert. In der hier vorgestellten Studie versuchen wir, die Trockengrenze im Ökogramm für die zehn in Deutschland weit verbreiteten und forstwirtschaftlich wichtigen Baumarten Fichte, Kiefer, Tanne, Buche, Stieleiche, Traubeneiche, Bergahorn, Bergulme, Hainbuche und Esche mithilfe generalisierter Regressionsmodelle zu spezifizieren. Wir nutzen dazu Daten zum Vorkommen der Baumarten und zum Boden von rund 3300 Plots der zweiten deutschen Waldbodenzustandserhebung (BZW II), kombiniert mit Daten des Level-I-Programms von ICP Forests (BioDiv und BioSoil) aus 13 europäischen Nachbarländern sowie Klimadaten von WorldClim. Im Mittelpunkt steht die Frage, inwieweit die Trockengrenze der Baumarten vom Bodennährstoffstatus abhängt. Als Prädiktor für den Nährstoffstatus wählten wir den in der Praxis bereits eingeführten Basentyp (BT). Der Wärmefaktor ging als Growing Degree Days ein, der Wasserhaushalt als klimatische Wasserbilanz in der forstlichen Vegetationsperiode (KWB). Die Trockengrenze konnte für alle Baumarten ausser der Bergulme und der Stieleiche spezifiziert werden. Es zeigte sich, dass nicht nur bei bekanntermassen nährstoffsensitiven Baumarten (Bergahorn, Esche, Hainbuche) die Trockengrenze vom BT abhängt, sondern auch bei der Buche und der Fichte. Nährstoffsensitive Baumarten gehen unter basenreicheren Verhältnissen (BT 0–2) deutlich weiter in den trockenen Bereich als auf sauren Böden (BT 3–5). Beim Bergahorn beispielsweise ist die klimatische Trockengrenze auf stark sauren Böden (BT 5) bereits bei einer KWB von 20 l/m2 erreicht, auf basenreichen (BT 1 bzw. 0) erst bei einer KWB von −150 l/m2. Auch bei der Buche ist die Trockengrenze auf sauren Böden rascher erreicht als auf basenreichen (BT 5: −40 l/m2, BT 0: −120 l/m2). Bei der Fichte ist es hingegen umgekehrt (BT 5: −50 l/m2, BT 0: 10 l/m2). Bei der Waldkiefer, der Traubeneiche und der Tanne ist die Trockengrenze unabhängig vom Basentyp und liegt bei −230 l/m2 (Waldkiefer), −150 l/m2 (Traubeneiche) und 0 l/m2 (Tanne). Die nach BT spezifizierte Trockengrenze ist gerade angesichts des Klimawandels eine hilfreiche Grösse, denn sie ermöglicht es, das Potenzial der verschiedenen Baumarten noch besser einzuschätzen.
La limite de résistance a la sécheresse climatique des essences courantes dépend du statut nutritif du sol
L'écologie forestière dispose d'un grand savoir basé sur l'expérience de l'amplitude écologique des essences. Celles-ci sont représentées couramment dans des écogrammes avec les besoins en nutriments sur l'axe x et les besoins en eau sur l'axe y. Toutefois, les axes sont décrits et représentés de manière purement qualitive. Dans l'étude qui est présentée ici, nous essayons de spécifier à l'aide de modèles de régression généralisés la limite de résistance à la sécheresse dans l'écogramme pour les dix essences les plus fréquentes et les plus importantes au niveau forestier en Allemagne: épicéa, pin, sapin, hêtre, chêne pédonculé, chêne sessile, érable sycomore, orme, charme et frêne. Nous avons utilisé les données de l'occurence des essences et du sol de près de 3300 surfaces du second inventaire allemand de l'état des sols forestiers (BZW II) combiné avec les données du programme de niveau I d'ICP Forests (BioDiv et BioSoil) de 13 pays européens voisins ainsi que les données climatiques de WorldClim. La question centrale est de savoir à quel point la limite de résistance à la sécheresse dépend du statut nutritif du sol. Nous avons choisi le type de saturation en base (BT), bien connu de la pratique, comme indicateur pour le statut nutritif. Les Growing Degree Days ont été pris comme facteur de chaleur et le bilan hydrique climatique de la période de végétation forestière (KWB) comme régime hydrique. La limite de résistance à la sécheresse a pu être déterminée pour toutes les essences sauf pour l'orme et le chêne pédonculé. Il apparaît que la résistance à la sécheresse, non seulement des essences connues pour être sensibles à la disponibilité en éléments nutritifs (érable sycomore, frêne, charme), mais aussi du hêtre et de l'épicéa, dépend du BT. Les essences sensibles à la disponibilité en éléments nutritifs sont présentes dans des zones plus sèches dans des conditions basiques (BT 0–2) que sur des sols acides (BT 3–5). Par exemple, l'érable sycomore atteint sa limite de résistance à la sécheresse climatique sur des sols très acides (BT 5) déjà à un KWB de 20 l/m2, mais sur des sols riches (BT1, resp. 0) à un KWB de −150 l/m2 seulement. Le hêtre atteint également plus rapidement sa limite sur des sols acides que riches (BT 5: −40 l/m2, BT 0: −120 l/m2). La réaction de l'épicéa est par contre inverse (BT 5: −50 l/m2, BT 0: 10 l/m2). La limite de la résistance à la sécheresse pour le pin sylvestre, le chêne sessile et le sapin blanc est indépendante du type de base et se situe à −230 l/m2 (pin sylvestre), −150 l/m2 (chêne sessile) et 0 l/m2 (sapin). La limite de résistance à la sécheresse selon le BT est une indication précieuse, notamment dans le contexte des changements climatiques, car elle permet de mieux estimer le potentiel des différentes essences.