Der Wald von Morgen – Auf ehemaligen Brandflächen untersuchen Forschende, wie Wälder widerstandsfähiger werden können

Waldbrandfläche 2018 | Foto: Dr. Thilo Heinken
2019 mit Frühlingsgreiskraut und Moosen | Foto: Dr. Thilo Heinken
2020 mit Krautvegetation und Zitterpappeln. | Foto: Dr. Thilo Heinken
Brandintensität auf den PYROPHOB-Untersuchungsflächen in Treuenbrietzen und Jüterbog auf Grundlage des difference Normalized Burn Ratio (dNBR), berechnet aus Sentinel2 Satellitendaten für die Jahre 2018 und 2019 | Grafik: Antonia Schönberg
Foto : Dr. Thilo Heinken
Waldbrandfläche 2018, …
Foto : Dr. Thilo Heinken
2019 mit Frühlingsgreiskraut und Moosen sowie …
Foto : Dr. Thilo Heinken
2020 mit Krautvegetation und Zitterpappeln.
Foto : Antonia Schönberg
Brandintensität auf den PYROPHOB-Untersuchungsflächen in Treuenbrietzen und Jüterbog auf Grundlage des difference Normalized Burn Ratio (dNBR), berechnet aus Sentinel2 Satellitendaten für die Jahre 2018 und 2019

Dem Wald in Deutschland geht es schlecht. Seit 1984 wird die Gesundheit der Bäume im jährlichen Waldzustandsbericht veröffentlicht. Im Jahr 2020 hatten nur noch 21 Prozent der Bäume eine intakte Krone – das ist der schlechteste Zustand seit Beginn der Erhebung. Vor allem die vergangenen Dürrejahre, die gerade in Brandenburg zu verheerenden Großbränden führten, machten dem Wald zu schaffen. Wie der Wald widerstandsfähiger gegen Dürre, Hitze und Feuer werden kann, untersucht das Forschungsverbundprojekt PYROPHOB.

„Am Anfang war dort nichts“, erinnert sich Dr. Thilo Heinken an seinen ersten Besuch auf der Waldbrandfläche bei Treuenbrietzen im November 2018. „Nur tote Kiefern und ein schwarzer, mit Asche bedeckter Boden.“ Wenige Monate zuvor wuchs dort, wo der Botaniker nun mit dem Stadtförster stand, noch ein typischer brandenburgischer Kiefernforst. Im August waren mehrere Hundert Hektar dieses Waldes jedoch in Flammen aufgegangen – nach einem Sommer mit Rekordhitze und viel zu wenig Regen. Ein Jahr später brannte es nach großer Hitze und Trockenheit erneut großflächig in einem Kiefernwald – diesmal bei Jüterbog.

Brandflächen als Freilandlabor

Beide Großfeuer waren eine Katastrophe, brachten aber die einmalige Gelegenheit, Brandereignisse wie diese wissenschaftlich zu erforschen. Die verbrannten Flächen sind heute eine Art Freilandlabor, in dem Forschende unterschiedlicher Fachrichtungen und aus acht Institutionen beobachten, wie sich Vegetation, Tierwelt, Mikroklima, Wasserhaushalt und Boden weiter entwickeln und welchen Einfluss verschiedene waldbauliche Maßnahmen darauf haben.

„Alle Komponenten des Ökosystems ‚verbrannter Kiefernwald‘ sollen untersucht werden“, erklärt Thilo Heinken das Ziel des Forschungsverbundprojekts PYROPHOB, das von der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde initiiert wurde. Es soll Wissen darüber generieren, wie der widerstandsfähige, gesunde Wald von morgen aussehen kann. „Das ist auch eine ökonomische Frage“, betont Heinken, der bei PYROPHOB am Teilprojekt „Bodenfeuchte und Vegetation“ beteiligt ist. Denn: „Es wird wärmer, nicht gerade feuchter, und solche extremen Wetterlagen werden sich häufen.“ Die Gefahr von Großbränden wird zukünftig also zunehmen.

Mit Satelliten und Sensoren dem Feuer auf der Spur

Die Arbeitsgruppe Hydrologie und Klimatologie der Uni Potsdam nutzt ebenfalls die Forschungsmöglichkeiten auf den Waldbrandflächen. Mithilfe von Fernerkundung erforscht das Team die Brandintensität, den Zustand der Baumbestände und die Vegetation nach dem Feuerereignis. Denn die Brände wüteten an verschiedenen Stellen unterschiedlich stark, wie Dr. Arlena Brosinsky erklärt. Gemeinsam mit ihrem Team möchte sie analysieren, wie und warum einzelne Flächen in so unterschiedlichem Maße betroffen sind und wie sie sich in den ersten Jahren nach dem Feuer entwickeln.

Dafür nutzen die Forscherinnen und Forscher unter anderem Satellitendaten aus dem Erdbeobachtungsprogramm „Copernicus“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die vor und nach dem Brand aufgenommen wurden. Aus der Reflektanz im nahen und kurzwelligen Infrarotbereich können sie berechnen, wie stark die Flächen durch das Feuer beschädigt wurden und wo die Vegetation intakt geblieben ist. „Damit bekommen wir aus der Luft einen guten räumlichen Überblick und Informationen, die man vor Ort nur schwer flächendeckend erheben könnte“, erklärt Arlena Brosinsky.

Muster der Wiederbesiedlung

Auf der Karte, die die Forscherin auf Basis der Satellitendaten erstellt hat, ist die Feuerintensität durch Farben von Gelb über Orange und Rot bis Violett dargestellt. „Das Feuer ist hier entstanden“, erklärt Arlena Brosinsky und zeigt auf Gelbtöne im Südwesten der Brandfläche. „Dann hat es sich mit der Windrichtung nach Nordosten ausgebreitet und ist hier oben in ein Kronenfeuer übergegangen“, erklärt sie den Wechsel der Töne zu einem dunklen Violett. Ein gelber Streifen zieht sich auf der Karte durch das am stärksten betroffene Gebiet. „Wir können uns noch nicht erklären, warum das Feuer hier offenbar schwächer war“, sagt die Forscherin.

Die unterschiedlichen Farbtöne, Wellen und Linien auf der Karte versuchen die Forschenden vor Ort abzuklären. Topografie, Bodenart, Vegetation, Baumarten, Alter der Pflanzen oder Bewirtschaftung – all das kann die Brandintensitäten beeinflussen. „Wir wollen versuchen, diesen Mustern auf den Grund zu gehen und neben der Brandintensität auch die Wiederbesiedlung zu verstehen.“ Außerdem nutzt das Team ein hydrologisches Messnetz zum Monitoring von Niederschlag und Bodenfeuchte sowie hydrologische Modelle zur Rekonstruktion des Bodenwasserhaushalts. Die Ergebnisse sollen zeigen, welche waldbaulichen Behandlungen für den neu entstehenden Wald am günstigsten sind und Wasser und Nährstoffe im Ökosystem halten.

Neues Leben auf verbrannter Erde

Während Arlena Brosinsky ihre Untersuchungsflächen vor allem aus der Vogelperspektive im Blick behält und mit den Fernerkundungsdaten auch das zukünftige Pflanzenwachstum analysieren wird, nimmt Maren Schüle den Wald vom Boden aus ins Visier. Die Ökologin besuchte die Waldflächen bei Treuenbrietzen zwei Jahre nach dem Großbrand zum ersten Mal. Ihr bot sich bereits ein ganz anderes Bild als noch 2018: „Das Kanadische Berufkraut hatte sich schon enorm ausgebreitet und bedeckte die Flächen“, erinnert sie sich. „An anderen Stellen wuchs ein Meer aus Zitterpappeln, die teilweise schon über zwei Meter hoch waren. Es war alles erstaunlich grün.“ Gemeinsam mit Thilo Heinken untersucht sie, wie sich die Bodenvegetation auf den Brandflächen entwickelt, vergleicht sie mit unverbrannten Kontrollflächen und auch untereinander.

Nach dem Brand gingen die Flächeneigentümer – darunter die Kommunen, die Stiftung Naturlandschaften Brandenburg und einige Privatleute – ganz unterschiedlich mit dem um, was ihnen die Flammen hinterlassen hatten. Auf großen Flächen wurde direkt nach dem Brand das Totholz beseitigt und der Boden gepflügt, teilweise wurden dort neue Bäume gepflanzt. Andere blieben unberührt und der natürlichen Sukzession überlassen. Wieder andere wurden eingezäunt und Baumsamen ausgebracht. „Wir können alle diese Flächen über einen langen Zeitraum beobachten und schauen, was passiert. Das Glück hat man selten“, freut sich Maren Schüle.

Dass sie sich dabei neben den jungen Bäumen vor allem für Kräuter, Gräser und Moose interessiert, hat einen guten Grund. Denn die Bodenvegetation übernimmt für die weitere Entwicklung der Flächen wichtige Funktionen. Sie bindet etwa Nährstoffe, die direkt nach dem Brand im Überschuss vorhanden sind, dann aber rasch ausgewaschen werden und verschwinden, bedeckt die Flächen und verhindert so Erosion. Nach und nach kann sich wieder eine Humusschicht bilden, wenn abgestorbene Pflanzenteile von Mikroorganismen abgebaut werden. Der Weg für weitere, anspruchsvollere Pflanzen wird frei.

Die ersten Bäume sind Pappeln und Birken

Auf insgesamt 150 kreisförmigen Probeflächen mit einer Fläche von jeweils 314 Quadratmetern untersucht Maren Schüle, welche Pflanzenarten dort vorkommen und wieviel der Fläche sie bedecken. Eine gute halbe Stunde benötigt sie, bis sie alle Pflanzenarten innerhalb des Probekreises dokumentiert und ihre Anzahl geschätzt hat. Auch die Biomasse und deren Elementund Nährstoffgehalt erfasst sie, misst Sprosslängen und Wurzelhalsdurchmesser, um ein umfassendes Bild der Bodenvegetation zu erhalten.

„Die ersten Pflanzen, die sich hier ansiedeln, sind oft genügsam, haben fliegende Samen, die weite Strecken zurücklegen können, oder sehr langlebige Samen, die jahrzehntelang im Boden überdauern“, erklärt Thilo Heinken. Sie geben Auskunft über Umweltbedingungen, ob es trocken oder feucht, nährstoffreich oder eher -arm ist. „Auf den verbrannten Flächen wachsen ganz andere Arten als auf den unverbrannten Referenzflächen“, erklärt Maren Schüle, die auf den Brandflächen bereits im ersten und zweiten Jahr nach dem Feuer mehr als doppelt so viele Arten fand wie auf den unverbrannten Flächen. „Es sind viele Pionierarten dabei, die sich auf freigewordenen Flächen immer zuerst ansiedeln, wie zum Beispiel Pappeln oder Birken.“

Insgesamt erfasste Maren Schüle mehr als 140 Pflanzenarten. Durchschnittlich elf Arten pro Probekreis fand die Forscherin auf jenen Waldflächen, die vom Feuer verschont geblieben waren. Mehr als doppelt so viele, nämlich durchschnittlich 26, waren es auf den Brandflächen. Auch sind hier nun einige Arten zu finden, die auf Feuer angewiesen sind. „Die Mykologen haben im ersten Jahr über 40 Pilzarten gefunden, die nur auf Brandflächen vorkommen“, erklärt Thilo Heinken. „Darunter auch einige, die zum ersten Mal in Brandenburg nachgewiesen wurden.“

Vom Kiefernforst zum Mischwald

„Die Kiefer ist eine Baumart, die relativ schnell brennt“, sagt Maren Schüle. Kiefernmonokulturen sind gerade in Brandenburg weit verbreitet – weil sie schnell wachsen, auf den nährstoffarmen, sandigen Böden konkurrenzfähig sind und auch einen geringen Wasserbedarf haben. Für einen widerstandsfähigeren Wald ist aber eine gute Mischung aus Laub- und Nadelbäumen gefragt. „Im Moment ist die Ratlosigkeit groß, welche Baumarten mit den neuen Klimabedingungen am besten klarkommen“, weiß Thilo Heinken. „Wahrscheinlich ist eine Mischung aus vielen verschiedenen Arten am günstigsten, aber da muss man noch viel austesten und probieren.“

In den kommenden vier Jahren werden die Forschenden weiter detailliert dokumentieren, welche Arten sich auf den Brandflächen ansiedeln, wie lange es dauert, bis die Bäume wieder groß sind, ob es sinnvoll ist, die Flächen vom Totholz zu befreien oder ob es für das neue Wachstum besser ist, die verbrannten Baumruinen stehen und liegen zu lassen. Letztlich geht es um die Frage: Wie kann ein widerstandsfähiger Wald entstehen, der Bränden trotzen und sich besser davon erholen kann? „Wir wollen das Gesamtbild erfassen, die Vielzahl der Daten zusammenführen und schließlich eine sinnvolle Handreichung für die ökonomisch und ökologisch vertretbare Bewirtschaftung brandenburgischer Kiefernwälder liefern“, sagt Thilo Heinken. „Die Kiefer“, ist er überzeugt, „wird in Brandenburg trotzdem immer ihren Platz haben – an extremen Standorten, aber auch als Pionierbaumart.“

Das Projekt

Das „Verbundprojekt Strategien zur Entwicklung von pyrophoben und klimawandelresilienten Wäldern auf Waldbrandf lächen“ (PYROPHOB) erforscht, wie Wälder widerstandsfähiger gegen Feuer und den Klimawandel werden können.
Projektkoordinator: Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde / Centre for Econics and Ecosystem Management

Beteiligt: Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE), Universität Potsdam, Brandenburgische Technische Universität Cottbus- Senftenberg (BTU), Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde, Johann Thünen-Institut für Forstgenetik, Senckenberg Deutsches Entomologisches Institut (SDEI), Naturwald Akademie, Stiftung Naturlandschaften Brandenburg
Förderung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) und Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU), in der Förderrichtlinie Waldklimafonds
Projektdauer: 2020 – 2025

https://www.pyrophob.de

Die Forschenden

PD Dr. Thilo Heinken studierte Biologie in Göttingen und forscht seit 2002 am Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam. Der Vegetationsökologe ist Experte für Kiefernwälder.
E-Mail: thilo.heinkenuni-potsdamde
 
Maren Schüle
studierte Ökologie, Evolution und Naturschutz an der Universität Potsdam. Seit 2020 ist sie Doktorandin im Forschungsprojekt PYROPHOB.
E-Mail: maren.schueleuni-potsdamde

Dr. Arlena Brosinsky studierte Landschaftsökologie in Münster. Seit 2016 ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Hydrologie und Klimatologie der Universität Potsdam und ist bei PYROPHOB Expertin für Fernerkundung.
E-Mail: arlena.brosinskyuni-potsdamde

 

Dieser Text erschien im Universitätsmagazin Portal Wissen - Zwei 2021 „Aufbruch“ (PDF).