Marius Floriancic l\u00e4uft mit schnellem Schritt einen schmalen Trampelpfad entlang, immer tiefer in den Wald hinein. Es ist feucht und k\u00fchl an diesem Donnerstagmorgen Ende April; in der Nacht zuvor hat es geregnet und vereinzelt tropft noch Wasser von den Baumkronen.Nach wenigen Minuten m\u00fcndet der Trampelpfad in eine Lichtung mit mehreren m\u00e4chtigen Buchen und Fichten.<\/p>\n\n\n\n
Es sind jedoch weniger die B\u00e4ume, die hier ins Auge stechen, sondern die Elektronik und Technik, die an den Baumst\u00e4mmen festgezurrt oder auf dem Waldboden installiert ist. Farbige Kabel h\u00e4ngen \u00fcber den \u00c4sten und verbinden Sensoren mit aufladbaren Batterien, die in wasserdichten K\u00e4sten versteckt sind.<\/p>\n\n\n\n
\u00abDas hier ist das Herz unseres Hydrologieexperiments im Waldlabor\u00bb, erkl\u00e4rt der Forscher mit strahlenden Augen und sichtlich erfreut \u00fcber diese wissenschaftliche Spielwiese, die er in den vergangenen f\u00fcnf Jahren gemeinsam mit seiner Gruppe aufgebaut hat. \u00abVon meinem B\u00fcro auf dem Campus H\u00f6nggerberg habe ich etwa f\u00fcnf Minuten hierhin\u00bb, sagt Floriancic, Oberassistent am ETH-Institut f\u00fcr Umweltingenieurwissenschaften, das Teil des Departements Bau, Umwelt und Geomatik ist.<\/p>\n\n\n\n
Die Studierenden und Doktorierenden k\u00f6nnen f\u00fcr Messungen oder neue Experimente jederzeit spontan in den Wald gehen. \u00abDas ist weltweit einzigartig. Sonst liegen zwischen Hochschulen und Versuchsanlagen in W\u00e4ldern oft mehrere Stunden Fahrt.\u00bb. Insofern sei das Waldlabor auch ein Gl\u00fccksfall f\u00fcr die m\u00f6glichst praxisnahe Ausbildung an der ETH, die in Zukunft von der Professur f\u00fcr Hydrologie und Flusssystemwissenschaften unter Paola Passalacqua weiter intensiviert werden soll.<\/p>\n\n\n\n
Der Forscher zeigt auf einige Saugkerzen, die neben einer Buche im Boden eingelassen sind. \u00abDie damit erstellte Messreihe ist der gr\u00f6sste Stolz unseres Labors.\u00bb \u00dcber Unterdruck ziehen die Kerzen Wasser aus 10, 20, 40 und 80 Zentimeter Tiefe. Gleichzeitig zieht ein sogenannter Freeflow-Sampler Proben von fliessendem Wasser aus unterschiedlichen Bodentiefen.<\/p>\n\n\n\n
In den vergangenen f\u00fcnf Jahren wurden jede Woche solche Bodenwasserproben auf stabile Isotope analysiert, was R\u00fcckschl\u00fcsse auf Alter, Herkunft und die involvierten hydrologischen Prozesse zul\u00e4sst. Das Ergebnis ist ein eindeutiger \u00abFingerabdruck\u00bb des Wassers.<\/p>\n\n\n\n
Die Daten best\u00e4tigen, was unter Hydrologen als das \u00abAlte Wasser-Paradox\u00bb bekannt ist: In den Bodenproben findet sich vor allem \u00abaltes Wasser\u00bb, das seit Monaten oder Jahren im Boden gespeichert ist, und nur sehr wenig neues Wasser aus k\u00fcrzlich gefallenen Niederschl\u00e4gen. Eine Messreihe mit Proben zwischen April 2020 bis April 2023 zeigt: Selbst in zehn Zentimetern Bodentiefe sind nur ein Drittel des gespeicherten Wassers j\u00fcnger als drei Wochen. \u00abDie Bodenhydrologie im Wald war lange Zeit eine Blackbox\u00bb, sagt Floriancic. \u00abSolche Messreihen sind deshalb f\u00fcr die gesamte Forschungsgemeinde wichtig.\u00bb Noch dieses Jahr sollen s\u00e4mtliche Daten der vergangenen f\u00fcnf Jahre ver\u00f6ffentlicht und Forschenden frei zur Verf\u00fcgung gestellt werden.<\/p>\n\n\n\n
Rund 200 Meter unterhalb der Lichtung mit all den Lysimetern, Wetterstationen, Boden- und, Drucksonden fliesst der Holderbach. Dort hat Floriancic’s Team am Ufer einen Autosampler installiert, der alle sechs Stunden eine Wasserprobe nimmt. Die Proben werden ebenfalls auf stabile Isotope analysiert.<\/p>\n\n\n\n
\u00abAuch hier zeigt sich das Alte Wasser-Paradox\u00bb, erz\u00e4hlt der Umweltingenieur. Selbst nach einem heftigen Gewitter sei der Grossteil des Wassers im Holderbach \u00e4lter als einen Monat. Und \u00fcber ein Jahr hinweg seien lediglich 14 Prozent des Abflusses j\u00fcnger als einen Monat. Der Rest kommt aus dem Boden, wo das Wasser mindestens einen Monat lang gespeichert war.<\/p>\n\n\n\n
Mit Kolleginnen und Kollegen der Universit\u00e4t f\u00fcr Bodenkultur Wien (BOKU) hat Floriancic Wasserproben von 32 Einzugsgebieten in den Alpen untersucht. Das Ergebnis: Durchschnittlich 93 Prozent des abfliessenden Wassers in den Alpenfl\u00fcssen war \u00e4lter als einen Monat. Nur ein geringer Teil stammte aus aktuellen Regenf\u00e4llen und der Schneeschmelze. \u00abSolange die Poren im Boden mit altem Wasser gef\u00fcllt sind, versickert neues Wasser \u00fcber Wurm- oder Wurzell\u00f6cher rasch in die Tiefe und ins Grundwasser\u00bb, erkl\u00e4rt Floriancic. Solche Erkenntnisse k\u00f6nnen Hochwasserschutz-Planungen verbessern.<\/p>\n\n\n\n
Floriancic zeigt auf eine spiralf\u00f6rmige Rinne, die entlang eines Buchenstammes mit schwarzem Klebeband befestigt ist. Am Ende ein Schlauch, der mit einem transparenten Plastikkanister verbunden ist. \u00abWir basteln hier vieles selbst, denn f\u00fcr diese Art von Forschung gibt es oft keine Standardmessger\u00e4te.\u00bb Mit der Installation wird das Wasser aufgefangen, das von der Baumkrone entlang des Stammes hinunter zum Boden fliesst.<\/p>\n\n\n\n
Messungen zeigen: Weil das Bl\u00e4tterdach fehlt und die Verdunstungsverluste geringer sind, ist dieser Fluss im Winter deutlich h\u00f6her als im Sommer. Der Waldboden wird haupts\u00e4chlich im Winter mit Wasser versorgt, vor allem im Bereich von zehn bis 80 Zentimetern Tiefe. Und dies obschon durchschnittlich 60 Prozent des Regens im Sommer fallen. Regenarme Winter setzen den B\u00e4umen besonders zu, weil der Boden zu wenig Wasser speichern kann f\u00fcr die heissen Sommertage.<\/p>\n\n\n\n
Aber nicht nur das Bl\u00e4tterdach, sondern auch die Bodenbedeckung ist f\u00fcr die Waldhydrologie von Bedeutung. Je nach Beschaffenheit tr\u00e4gt sie viel zu einem feuchten Mikroklima im Wald bei, ist aber auch daf\u00fcr verantwortlich, dass weniger Wasser in den Boden gelangt.<\/p>\n\n\n\n
Um diesen Effekt nachzuweisen, haben die Forschenden mehrere quadratische Bodenparzellen mit einem Metallrahmen eingefasst und unterirdisch mit Sensoren best\u00fcckt. Einige Quadrate sind mehrere Zentimeter hoch mit organischem Material, wie Bl\u00e4tter, Nadeln und Zapfen bedeckt. Andere sind unbedeckt und der Boden liegt frei.<\/p>\n\n\n\n
\u00abLange gingen Hydrologen davon aus, dass etwa drei bis vier Prozent der Niederschl\u00e4ge in der Bodenbedeckung zur\u00fcckgehalten werden \u2013 und diese Schicht damit weitgehend vernachl\u00e4ssigbar ist\u00bb, erz\u00e4hlt Floriancic. Seine Messungen ergaben jedoch ein anderes Bild: Rund 18 Prozent des Niederschlags wird in der Streuschicht und im Totholz gespeichert. Rechnet man die rund 20 Prozent des Niederschlags hinzu, die in den Bl\u00e4ttern der Baumkronen h\u00e4ngen bleiben und wieder in die Atmosph\u00e4re verdunsten, so gelangen von 1000 Millimeter Niederschlag nur 600 Millimeter tats\u00e4chlich in den Boden. \u00abInsofern ist der Waldboden deutlich trockener als wir lange Zeit gedacht hatten.\u00bb<\/p>\n\n\n\n
Um besser zu verstehen, wie B\u00e4ume Wasser aufnehmen und transportieren, hat Floriancics Team an mehreren St\u00e4mmen Saftfluss-Sensoren installiert. Mit zwei miteinander verbundenen F\u00fchlern, die im Baumstamm stecken, wird der Temperaturgradient gemessen, wor\u00fcber sich der Wasserfluss im Stamm berechnen l\u00e4sst. Zugleich misst ein Dendrometer kontinuierlich den Umfang des Baums und registriert, wenn sich dieser bei der Wasseraufnahme ausdehnt oder bei der Transpiration wieder zusammenzieht.<\/p>\n\n\n\n
F\u00fcr zus\u00e4tzliche Tests steht im Wald sogar eine Art Laborkapelle. In einem verschlossenen grauen Kasten, der an einen Baum gekettet ist, verbirgt sich eine Scholander-Bombe, ein schweres Messger\u00e4t, das an eine Sauerstoffflasche angeschlossen ist. Damit bestimmen die Forschenden das Wasserpotenzial im Blatt, was R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Trockenstress eines Baumes zul\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n
\u00abBuchen und Fichten sind sehr unterschiedliche Charaktere\u00bb, sagt Floriancic. Die Buche gehe verschwenderisch mit dem Wasser um und halte die Spalt\u00f6ffnungen auf ihren Bl\u00e4ttern f\u00fcr die Photosynthese lange offen. Fichten hingegen schliessen ihre Spalt\u00f6ffnungen bei Trockenstress fr\u00fcher, um Wasser zu sparen. Dadurch betreiben sie aber automatisch auch weniger Photosynthese. Diese ist jedoch f\u00fcr das Wachstum und die Vitalit\u00e4t des Baumes entscheidend.<\/p>\n\n\n\n
Floriancic zeigt auf vier gelbe Einfassungen, die vor einer hohen Fichte aus dem Boden ragen, geht in die Hocke und hebt eine der Abdeckungen hoch. Darunter liegt eine Wurzel, die ein spezialisiertes Unternehmen m\u00f6glichst schonend freigelegt hat. Sie ist mit einem Saftflussmeter und Dendrometer best\u00fcckt.<\/p>\n\n\n\n
Die gesammelten Daten sollen helfen, die Wasserdynamik in der Wurzel besser zu verstehen. Im Januar hat Stefano Martinetti, einer von Floriancic’s Doktoranden, erste Ergebnisse aus diesen Messungen ver\u00f6ffentlicht: B\u00e4ume nehmen mit zunehmender Bodentrockenheit weniger Wasser \u00fcber die oberfl\u00e4chennahen Wurzeln auf und aktivieren stattdessen tiefere Wurzeln.<\/p>\n\n\n\n
Zudem zeigt sich in den Wasserisotopen wiederum das Alte Wasser-Paradox. \u00abSelbst in sehr nassen, regenreichen Sommern finden wir in den Wurzeln und \u00c4sten vor allem altes Winterwasser\u00bb, sagt Floriancic. Das Sommerwasser werde vorwiegend von Oberfl\u00e4chen verdunstet und von den Gr\u00e4sern und Str\u00e4uchern aufgenommen, die deutlich weniger tiefe Wurzeln schlagen.<\/p>\n\n\n\n
Das \u00f6ffentliche Interesse an der hiesigen Forschung sei gross, sagt Floriancic. Oft f\u00fchre er nicht nur Studierende durch das Waldlabor, sondern auch F\u00f6rsterinnen und F\u00f6rster. \u00abObwohl wir hier Grundlagenforschung betreiben.\u00bb Eine der ersten Fragen der F\u00f6rsterinnen und F\u00f6rster sei, welche B\u00e4ume angesichts der Klimakrise in Zukunft \u00fcberlebensf\u00e4hig seien. Darauf antwortet Floriancic, dass die Forschung keine eindeutigen Antworten habe; die Forschungsergebnisse zu zukunftstr\u00e4chtigen Baumarten seien noch begrenzt.<\/p>\n\n\n\n
Dennoch kann er einige praxisrelevante Erkenntnisse aus f\u00fcnf Jahren Forschung vermitteln: \u00abDer Bodenaufbau und die Bodenqualit\u00e4t sind zentral f\u00fcr die Wasserspeicherung. Je mehr organische Substanz im Boden ist, desto h\u00f6her ist die Speicherkapazit\u00e4t f\u00fcr Wasser.\u00bb Insofern ist es nicht nur f\u00fcr die Artenvielfalt wichtig, m\u00f6glichst viel Totholz im Wald zu belassen, sondern auch f\u00fcr den Wasserhaushalt.<\/p>\n\n\n\n
Wie systematische Messungen eines Studenten zeigen, bleibt darin viel Feuchtigkeit gespeichert. Zudem ist es f\u00fcr den Wasserhaushalt vorteilhaft verschiedene Baumarten miteinander zu kombinieren, da ihre Wurzeln in unterschiedlichen Tiefen an das Bodenwasser gelangen und sich so weniger konkurrenzieren. Das heisst: Je gr\u00f6sser die Vielfalt im Wald, desto klimaresistenter ist er. Das ist f\u00fcr einmal kein Paradox, sondern der offensichtliche Zusatznutzen einer hohen Biodiversit\u00e4t.<\/p>\n