Einleitung: Warum Waldstruktur die Produktivität bestimmt
Seit Jahrzehnten untersuchen Forstwissenschaftler, warum Mischwälder produktiver sind als reine Bestände. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Baumkronenarchitektur: Wenn Baumkronen sich vertikal und horizontal unterschiedlich organisieren, fangen sie mehr Licht ab und nutzen den Standraum effizienter. Wie diese Kronenstruktur durch die biologische Vielfalt eines Bestandes beeinflusst wird, war bislang allerdings nur unzureichend verstanden. Ein internationales Forschungsteam hat diese Lücke nun mit einer großangelegten Analyse geschlossen und liefert konkrete Zahlen, die den Zusammenhang zwischen Artenvielfalt, Kronenkomplexität und Holzzuwachs quantifizieren.
Die in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publizierte Studie zeigt erstmals systematisch, dass die Kronenstrukturvielfalt eines Bestandes der entscheidende Mechanismus ist, über den Biodiversität die Produktivität steigert. Für die Forstpraxis bedeutet das: Wer beim Waldbau auf strukturelle Vielfalt setzt, kann den gleichen Standort deutlich ertragreicher bewirtschaften – ohne mehr Dünger oder mehr Fläche. Gerade in Zeiten zunehmender Holzknappheit und steigender Preise gewinnt dieser Befund wirtschaftlich an Gewicht.
So wurde geforscht
Das Forschungsteam analysierte Daten aus dem weltweit renommierten Biodiversitäts-Experiment BEF-China (Biodiversity and Ecosystem Functioning), das in subtropischem China 40 Hektar Versuchsfläche mit Baumartenmischungen unterschiedlichster Vielfalt umfasst. Insgesamt werteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Kronenstrukturmessungen von über 14.000 Bäumen aus 43 Arten aus, die seit 2009 gepflanzt wurden. Ergänzend kamen 17 Jahre Wachstumsdaten aus dem Schweizer TreeDivNet-Experiment hinzu, um die Ergebnisse über verschiedene Klimazonen hinweg zu validieren.
Methodisch kombinierten die Forschenden dreidimensionale Kronenvermessungen (mittels terrestrischem Laserscanning und Drohnen-LiDAR) mit Wachstumsanalysen und statistischen Komplementaritätsmodellen. So konnten sie den Effekt der Artenvielfalt auf die Kronenstruktur isolieren und dessen Beitrag zur Produktivität vom Einzelfaktor „Wuchsraum“ abgrenzen. Besonders innovativ war die Unterscheidung zwischen horizontaler und vertikaler Kronenkomplexität – also der seitlichen Verteilung und der Höhenstaffelung der Baumkronen. Zusätzlich bezogen die Forschenden ökophysiologische Parameter wie Blattflächenindex, Lichtdurchdringung und stomatäre Leitfähigkeit in die Modelle ein.
Die wichtigsten Ergebnisse
1. Die Produktivität von Mischbeständen war im Durchschnitt um 38 Prozent höher als die von Reinbeständen – und zwar auf jedem Standort und in jeder Versuchsfläche. Dieser Komplementaritätseffekt stieg über die Versuchsdauer von 17 Jahren kontinuierlich an, weil die Kronenstrukturen mit zunehmendem Baumalter immer stärker differenzierten. In den letzten drei Beobachtungsjahren lag der Vorsprung der artenreichsten Parzellen sogar bei 51 Prozent.
2. Artenvielfalt erhöhte die Kronenstrukturkomplexität messbar: Bestände mit doppelt so vielen Baumarten zeigten eine um 24 Prozent höhere vertikale Kronenschichtung und eine um 19 Prozent höhere horizontale Kronenkomplexität. Das bedeutet konkret: Mehr Arten = mehr Schichtung = mehr Lichteffizienz. Die horizontale Kronenvariabilität war dabei der stärkere Prädiktor – sie erklärte etwa doppelt so viel Produktivitätszuwachs wie die vertikale Komponente.
3. Rund 62 Prozent des Biodiversitäts-Produktivitäts-Effekts ließen sich statistisch auf die Kronenstruktur zurückführen. Das ist ein erstaunlich hoher Anteil, der zeigt, dass die Kronenarchitektur der dominierende Wirkmechanismus ist – und nicht etwa Bodeneffekte oder Mikroklimapufferung, die ebenfalls diskutiert werden. Die restlichen 38 Prozent verteilten sich auf unterirdische Komplementarität, Schädlingsregulation und mikroklimatische Effekte.
4. Die Komplementaritätseffekte waren in der oberen Kronenschicht am stärksten, wo Licht die limitierende Ressource ist. In der unteren Schicht war der Effekt deutlich schwächer, weil dort ohne weniger Konkurrenzdruck weniger Differenzierungsbedarf besteht. Das bestätigt die ökonomische These: Licht ist die wichtigste Triebfeder für Kronendifferenzierung. Interessanterweise zeigten sich in der Mittelschicht synergistische Effekte, wenn Schatten- und Halbschattenarten kombiniert wurden.
5. Arten mit besonders unterschiedlicher Kronenform (zum Beispiel eine Lichtholzart neben einer Schattenbaumart) trugen überproportional zur Produktivitätssteigerung bei. Die Studie liefert damit konkrete Kombinationsempfehlungen: Statt beliebiger Mischung ist gezielte „Kronenkomplementarität“ entscheidend. Bestände mit drei oder vier strategisch ausgewählten Arten schnitten in den Modellen besser ab als artenreiche Mischungen mit zufälliger Artenwahl.
6. Ein zusätzlicher Befund: Die strukturelle Komplexität korrelierte auch positiv mit der Kohlenstoffspeicherung in der oberirdischen Biomasse. Bestände mit hoher Kronenvielfalt banden pro Hektar 14 Tonnen mehr Kohlenstoff als strukturarme Vergleichsflächen – ein erheblicher Zusatznutzen für den Klimaschutz.
Was das für die Praxis bedeutet
Für die waldbauliche Praxis in Deutschland und Mitteleuropa hat die Studie unmittelbare Konsequenzen. Erstens: Bei Neuanlagen oder Waldumbau sollte nicht einfach „möglichst viele Arten“ gemischt werden, sondern gezielt auf eine Kombination geachtet werden, die vertikale und horizontale Kronendifferenzierung ermöglicht. Bewährt haben sich Mischungen aus Lichtholzarten wie Eiche, Kiefer oder Lärche mit Schattenbaumarten wie Buche oder Tanne. Solche Kombinationen erzeugen mehrstufige Bestände mit hoher Lichteffizienz. Auch die Beimischung von Edellaubhölzern wie Ahorn oder Kirsche kann die strukturelle Vielfalt erhöhen.
Zweitens: Die Ergebnisse stützen die seit Jahren propagierte Strategie des Dauerwald- oder Strukturierungsprinzips. Bestände mit ungleichaltrigen Strukturen und gestaffelten Kronendächern nutzen das Licht besser als gleichförmige Altersklassenwälder. Waldbesitzer, die ihre Bestände bereits strukturiert haben, profitieren messbar. Die Studie liefert nun erstmals eine quantifizierte Erklärung, warum das funktioniert – und liefert Argumente gegen eine zu starke Orientierung an einfachen Ertragsmodellen, die nur Reinbestände abbilden.
Drittens: Die Förderpolitik könnte diese Erkenntnis gezielt nutzen. Bundes- und Landesprogramme zur Waldanpassung an den Klimawandel, die Mischwälder honorieren, werden durch die Daten wissenschaftlich untermauert. Forstbetriebe, die Förderanträge für klimastabile Mischwälder stellen, haben mit dieser Publikation ein starkes Argument zur Hand. Auch für die PEFC- und FSC-Zertifizierungssysteme ist der Befund relevant, weil er zeigt, dass strukturelle Vielfalt nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll ist.
Limitations & offene Fragen
Die Studie wurde in subtropischen und gemäßigten Klimazonen durchgeführt – die direkte Übertragbarkeit auf boreale Nadelwälder oder auf extreme Trockenstandorte ist nicht ohne weiteres gegeben. Auch die zeitliche Dimension ist begrenzt: 17 Jahre decken noch nicht die gesamte Umtriebszeit der untersuchten Baumarten ab. Langfristige Effekte – etwa ob die Kronenkomplexität in älteren Beständen weiter zunimmt oder sich wieder nivelliert – bleiben offen. Schließlich wurden Bodeneffekte zwar nicht komplett ausgeschlossen, aber nur am Rande betrachtet; zukünftige Forschung müsste Bodenmikrobiom und Wurzelarchitektur als weitere Komplementaritätsmechanismen systematisch einbeziehen.
Eine offene Forschungsfrage bleibt, wie sich der beobachtete Komplementaritätseffekt unter veränderten Klimabedingungen entwickelt. In trockenheitsgestressten Beständen könnten bestimmte Artenkombinationen ihre strukturellen Vorteile verlieren, wenn physiologische Limits überschritten werden. Hier besteht Forschungsbedarf, zumal die Klimaprojektionen für Mitteleuropa weiter steigende Temperaturen und häufigere Dürren vorhersagen.
Die hier vorgestellten Ergebnisse stehen im Einklang mit den wegweisenden Arbeiten der AG Ökologie von Professor Nico Eisenhauer (iDiv Leipzig) und ergänzen neuere Erkenntnisse zur Biodiversitäts-Produktivitäts-Beziehung. Im Vergleich zu klassischen BEF-Studien, die meist nur Artenzahl und oberirdische Biomasse korrelierten, hebt sich die vorliegende Arbeit durch die konsequente mechanistische Aufschlüsselung des Kronenstruktur-Effekts hervor. Sie liefert damit den bislang fehlenden mechanistischen Brückenpfeiler zwischen Biodiversitätstheorie und waldbaulicher Praxis.
Dieser Artikel wurde mit Hilfe von KI erstellt und dient der allgemeinen Information. Keine Rechts- oder Beratungsempfehlung.