Forschung

Im Rahmen des Joint Daube River Surveys 2025 untersuchen wir die Herkunft und den Verbleib von Nährstoffen (Kohlenstoff, Phosphat, Sulfat und Nitrat) entlang der Donau mit Hilfe von Stabilisotopen-Techniken. Vorgänge und Wechselwirkungen in der Umwelt können sehr gut mit Verhältnissen stabiler Isotope (2H, 13C, 15N, 18O, 34S) als Indikatoren verfolgt werden: Die natürlich vorkommenden Isotope Deuterium und Sauerstoff-18 im Flusswasser (2H-H2O und 18O-H2O) erlauben Rückschlüsse über die Herkunft (Korrelation mit Niederschlagsdaten, Höhenlage des Einzugsgebietes) und Verdunstungsprozesse entlang der Fließstrecke und ermöglichen die Ermittlung der Mischungsanteilen einzelner Beiträge. Diese Information trägt wesentlich für die Bestimmung des Eintrags und Verbleibs sowie die Untersuchung des Transports von Nährstoffen im Flusssystem bei. Neben den klassischen Nährstoffen wie Nitrat, Phosphat und Sulfat wird auch organisches Material in die Donau eingetragen und ist dort biochemischen Vorgängen unterworfen. Die Kohlenstoffisotopenverhältnisse von gelöstem anorganischem Kohlenstoff (13C-DIC) ermöglicht die Bestimmung der Quelle von gelöstem CO2 und somit eine Abschätzung des Beitrages durch den Abbau von organischem Material. Sauerstoffisotopenzusammensetzung im Nährstoff Phosphat (18O-PO4) lässt Rückschlüsse auf seine Quelle zu und erlaubt uns, seinen mikrobiellen Umsatz im Flusssystem zu erfassen. Letzteres erfolgt durch den Vergleich der 18O-Signatur des Phosphates mit jener des Flusswassers. Die Bestimmung der Isotopenverhältnisse bei Sulfaten (34S-SO4, 18O-SO4) gibt Aufschluss über ihre Herkunft und ihren biochemischen Umsatz im Flusssystem, bei Nitraten (18O-NO3 und 15N-NO3) können Stickstoffquellen und Prozesse im Stickstoffumsatz untersucht werden. All diese Parameter sind miteinander verknüpft und geben gemeinsam ein Bild bezüglich der Nähstoffherkunft und der vorherrschenden biochemischen Prozesse wie z.B. Abbau von organischem Material, Sulfatreduktion, Denitrifikation und biologischem Phosphatumsatz. Die Ergebnisse werden mit früheren Stabilisotopenuntersuchungen entlang der Donau (1988, 2007 and 2019) verglichen, Änderung dokumentiert und interpretiert.

Die norwegische Fichte (Picea abies) ist die wirtschaftlich wichtigste Baumart in Österreich. Prognostizierte Temperaturanstiege und starke Veränderungen der Nierderschlagsmuster werden erhebliche Auswirkungen auf die Forstwirtschaft ausüben und die Gefahr von Borkenkäferbefall begünstigen (z.B. 1,97 Mio. m³ käfergeschädigtes Holz 2021 in Österreich). Ziel von Adapt4K ist, FörsterInnen und dem Forstsektor die neuesten wissenschaftlichen Erkentnisse über Risiken, denen bestimmte Bestände ausgesetzt sind, zur Verfügung zu stellen, um die Entscheidungsfindung für die Anpassung an den künftigen Klimawandel zu unterstützen. Darüber hinaus soll diese gemeinsame Aktion resilientere Landschaftsplanung fördern und Kommunikationskanäle zwischen örtlichen Interessensgruppen (Förster- und ForstwirtInnen) und den multi-institutionellen AnsprechpartnerInnen (BFW, LF4 und BOKU) stärken. Wir haben eine Reihe von P.abies-Standorten mit Borkenkäferbefall in Österreich charakterisiert. Die Beziehung zwischen dem jüngsten Borkenkäferbefall, den Jahrringdaten und den Standortmerkmalen wird genutzt, um ein künftiges Befallsrisiko vorherzusagen. Mit Hilfe eines Citizen-Science-Ansatzes stellen wir FörsterInnen in den Mittelpunkt der Datenerhebung und des Entscheidungsprozesses: Es werden standortspezifische Walddaten gesammelt und interpretiert, um das Risiko eines Borkenkäferbefalls zu bewerten. Wir hoffen, auf diese Weise ein größeres Bewusstsein und mehr Eigenverantwortung zu stärken. Gemeinsam mit FörsterInnen in Niederösterreich werden wir vor Ort Baumringe, Bodenbohrkerne und Bodendaten (z.B. Infiltrationsrate) sowie „stilles Wissen“, einige topographische und spektrale Daten sammeln. Diese Daten geben Aufschluss über die Wassernutzung des Baumes in der Vergangenheit sowie über seine Widerstandsfähigkeit und Resistenz gegenüber extremen Dürreereignissen. Eine mögliche, allgemeine Anfälligkeit des Bestandes für Borkenkäferbefall kann daraus abgeleitet werden. Wissen über den Wasserverbrauch des Baumes wird auf der Grundlage der Analyse stabiler Isotope in den Jahresringen und durch die Untersuchung der Wasserbewegung und des umsatzes im Boden gewonnen, wobei auch hier die neuesten innovativen Methoden für stabile Isotope eingesetzt werden.

Immer häufiger auftretende schwere Dürreereignisse zwingen die Wälder im Mittelmeerraum zu noch nie dagewesenen Reaktionen. Mangelnde Bewirtschaftung führt zu dichten Wäldern, die sehr anfällig für Wasserstress sind, was zu einem starken Absterben der Bäume und einer erhöhten Anfälligkeit für andere Störungen wie Insektenbefall und Waldbrände führen kann. Durchforstungsmaßnahmen wie Durchforstungen und Waldbrände können das Baumwachstum fördern und die Anfälligkeit der Bäume für schwere Störungen verringern. Anhand von Baumringen untersuchten wir das Wachstum und die physiologische Reaktion dominanter Schwarzkiefernwälder (Pinus nigra) auf Dürreereignisse im Nordosten Spaniens unter verschiedenen Behandlungskombinationen, darunter zwei Durchforstungsintensitäten (leichte und starke Durchforstung mit einer Reduzierung der Grundfläche um 10 % bzw. 40 %), zwei Behandlungen des Unterholzes (mechanische Rodung und mechanische Rodung mit vorgeschriebener Verbrennung der Trümmer) sowie eine unbehandelte Kontrolle. Insbesondere untersuchten wir den Grundflächenzuwachs (BAI), die Resistenzindizes und die intrinsische Wassernutzungseffizienz (iWUE) unter Verwendung stabiler Isotope von Kohlenstoff und Sauerstoff (δ13C und δ18O) vor und nach den Behandlungen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass der BAI und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit in den stark ausgedünnten (verbrannt und nicht verbrannt) und leicht ausgedünnten verbrannten Einheiten zunahmen. Die Widerstandsfähigkeit nahm in den verbrannten Einheiten unabhängig von der Durchforstungsintensität zu, während die Erholung nicht von der Behandlung beeinflusst wurde. Innerhalb jeder Durchforstungsbehandlung erhöhte das vorgeschriebene Feuer zusätzlich den BAI in der leicht durchforsteten Einheit und die Widerstandsfähigkeit und Resilienz in der stark durchforsteten Einheit. Die Analyse der stabilen Isotope ergab, dass δ13C und iWUE stärker vom Jahr als von der Behandlung beeinflusst wurden und dass δ18O positiv mit dem Wachstum während der Trockenheit nach den Behandlungen korreliert war. Die Tatsache, dass sich der iWUE-Wert zwischen den Behandlungen nicht veränderte, war vermutlich mit einem proportionalen Anstieg der photosynthetischen Rate und der stomatären Leitfähigkeit verbunden. Diese physiologischen Prozesse waren bei den stark ausgedünnten (verbrannten und unverbrannten) und leicht ausgedünnten verbrannten Einheiten besonders ausgeprägt, was darauf hindeutet, dass diese Bäume am wenigsten von der Trockenheit nach den Behandlungen betroffen waren. Diese Studie zeigt, dass Bewirtschaftungsansätze, die in erster Linie auf die Verringerung der Waldbrandgefahr abzielen, auch dazu beitragen können, die physiologische Aktivität der dominanten Bäume unter Trockenstress zu verbessern. Durchforstung und Brandrodung fördern das Wachstum und die Vitalität der Bäume und erhöhen ihre Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit, indem sie die Konkurrenz durch den Ober- und Unterwuchs verringern. Eine aktive Waldbewirtschaftung sollte gefördert werden, um die Anfälligkeit der submediterranen Kiefernwälder für schwere und wiederkehrende Dürreereignisse angesichts des Klimawandels zu verringern.