Die Allometrie von Sequoia sempervirens (Küstenmammutbaum)

Die Allometrie als Wissenschaft der Größenverhältnisse von Organen innerhalb von Tier- und Pflanzengruppen hat zu einem besseren Verständnis des Wachstums und der Anpassung von Lebewesen geführt. Die allometrischen Werte können zwischen verschiedenen Spezies, aber auch innerhalb einer Art zur Anwendung kommen. In der Forstwirtschaft und Ökologie sind die Beschreibungen der Blatt-, Wurzel-, Ast- und Stammvolumina in Abhängigkeit vom Alter eines Baumes sehr nützlich. Wir möchten hier unsere Auswertungen zu den Küstenmammutbäumen (Sequoia sempervirens) vorstellen.

Die Höhe eines Baumes in einem Wald ist oft schwierig zu messen. Ein praktischer Nutzen ist die Vorhersage der Höhe eines Baumes durch die einfache Bestimmung des Stammdurchmessers in Brusthöhe (diameter at breast height, DBH, typischerweise bei 1,30 m). Aus den beiden Größen, der Höhe und des DBH kann das Holzvolumen eines Baumes abgeschätzt werden. Daraus lässt sich anschließend der gebundene Kohlenstoff berechnen.

Die Bestimmung der Höhe eines Baumes ist oft nicht einfach. Hier: Mutterbaum des Klons K-2, Höhe ca. 40 m.

Über das Wachstum der Jahresringe nimmt der Stammdurchmesser eines Baumes kontinuierlich zu. Die frischen Jahresringe werden aus dem Kambium gebildet und sind überwiegend ein Maß für die Versorgung eines Baumes. Darum ist nicht die Dicke selbst, sondern die Querschnittsfläche des gesamten Jahresringes maßgebend. Die Versorgungsleistung nimmt mit dem Wachstum der Baumkrone stetig zu, scheinbar widersinnig werden die Jahresringe von Bäumen im Alter deutlich dünner im Vergleich zu jungen Bäumen bzw. frühen Jahresringen. Das lässt sich bei abgesägten Baumstämmen gut beobachten.

Jahresringe eines Baumes © Arnoldius, Wikimedia Commons

Bei älteren Küstenmammutbäumen sind die frischen Jahresringe in der Dicke oft deutlich unterhalb eines Millimeters [1]. Das überrascht etwas auf den ersten Blick.

Jedenfalls sollte eine eindeutige Beziehung zwischen dem Alter eines Baumes und des Stammdurchmessers bestehen. Wir haben hierzu im Jahr 2020 diese Werte für die ausgemessenen Küstenmammutbäume in NRW, welche noch relativ jung sind und Daten aus Kalifornien, besonders auch der dortigen Baumriesen  zusammengestellt [2], [3], [4].

DBH = Durchmesser in Brusthöhe

Die Messpunkte im unteren Bereich links sind ein Mix aus NRW / Kalifornien und demonstrieren das rasante Wachstum der Bäume. Je nach Standort und Niederschlägen unterliegt das Dickenwachstum größeren Streuungen im Bereich von 500 bis 2500 Jahren.

Viel schwieriger ist das Höhenwachstum zu bewerten. Baumkronen können bei starken Winden abbrechen, bei Versorgungsmängeln absterben oder durch Feuereinwirkung beschädigt werden. Das "Zwieseln", d. h. mehrere Hauptstämme auszubilden, bremst die Bäume ebenfalls im Höhenwachstum aus.

Hier ist festzustellen, dass die Küstenmammutbäume irgendwo in Alter zwischen 250 und 500 Jahren ihre maximale Höhe von ca. 100 m erreichen müssten (hier besteht leider eine Datenlücke) und dann praktisch nur noch in die Breite wachsen. Wahrscheinlich durch Windbruch nimmt auch die Höhe im Laufe der Zeit wieder etwas ab. Die physikalische Grenze des Höhenwachstums von Küstenmammutbäumen scheint nach bisherigen Erkenntnissen bei etwas unter 120 m zu liegen.

Allometrischer Zusammenhang der Werte DBH und Höhe bei Sequoia sempervirens

Die Streuung der Wachstumsdaten erlaubt keine eindeutige Berechnung der Höhe aus den DBH-Werten (Durchmesser in Brusthöhe). Nimmt man beispielsweise die höchsten Küstenmammutbäume ab 110 m Höhe (in diesem Fall 37 Exemplare), so streuen die DBH-Werte zwischen 2,70 und 5,20 m [5]. Sehr wohl lassen sich aber die durchschnittlichen Werte bestimmen. Hier gibt es sogar ganz gute Korrelationen, wenn wir die Mittelwerte der Höhen verwenden bei gegebenen DBH-Werten. Die Allometrie verwendet Exponentialfunktionen der allgemeinen Form

Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Auswertung der Allometrie von Küstenmammutbäumen, die als Jungbäume in NRW und auch als Baumriesen in Kalifornien wachsen. Von Letzteren sind vier Exemplare als Beispiele aufgezeigt, um zu demonstrieren, inwiefern diese der Beziehung nahekommen. In der Mitte des Diagramms unten findet sich die von uns erstellte Allometrische Formel der Beziehung zwischen DBH und Höhe.

Um die Höhe aus dem DBH (Durchmesser in Brusthöhe) zu berechnen, wird die Formel im Diagramm entsprechend umgestellt (Angaben in Meter):

Höhe und DBH sind Funktionen des Alters und stehen nur in indirekter Beziehung zueinander. Wir haben diese Beziehung genutzt, um den Kohlenstoffgehalt von Küstenmammutbäumen in Abhängigkeit vom Alter zu bestimmen, siehe Klimaschutz durch Baumpflanzung.

Es sind zur Allometrie der Küstenmammutbäume umfangreiche Untersuchungen durchgeführt und veröffentlicht worden [6]. Unsere Ergebnisse stimmen damit gut überein. Der Unterschied ist, dass wir auch die Pflanzungen in NRW mit einbezogen haben. Das ermutigende Ergebnis ist, dass das Wachstum der Bäume in NRW an geeigneten Standorten sich nicht signifikant von dem Wachstum in Kalifornien unterscheidet, soweit es die bisher erreichten Höhen von 40 m betrifft.

[1]  https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0102545
[2] http://www.mbreg.de
[3]  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112719316718
[4]  http://famousredwoods.com/zeus/
[5]  https://www.conifers.org/cu/Sequoia.php
[6] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112718315160?via%3Dihub