Herausforderungen in der Waldschutzforschung: Ein forstentomologischer und -pathologischer Rück- und Ausblick

Challenges in forest protection research: Looking backwards and forwards from a forest entomology and forest pathology perspective

Journal für Kulturpflanzen, 73 (7-8). S. 261–269, 2021, ISSN 1867-0911, DOI: 10.5073/JfK.2021.07-08.10, Verlag Eugen Ulmer KG, Stuttgart

Kontaktanschrift

Dr. Rasmus Enderle, Julius Kühn-Institut (JKI) – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Pflanzenschutz im Gartenbau und Forst, Messeweg 11/12, 38104 Braunschweig, E-Mail: rasmus.enderle@julius-kuehn.de

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15. März 2021/11. Juni 2021

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Die Geschichte der Waldschutzforschung bis heute

Mit dem Ziel, die zahlreichen Probleme und Fragen der Praxis zu lösen, begann um 1871 die Gründung des forstlichen Versuchswesens (Kätzel & Degenhardt, 2007) unter systematischer Nutzung von Versuchsflächen (Pretzsch et al., 2014). Es wurden verschiedenste Bewirtschaftungsformen erkundet. Hierzu zählten erstmals Bemühungen zur Förderung des Laubholzes in Kiefernbeständen beziehungsweise von Mischbeständen (Milnik, 2007).

Die Anfänge der forstentomologischen Forschung fanden sich zunächst in der Beobachtung und Beschreibung der „Waldverderber und ihrer Feinde“ (Ratzeburg, 1860), in dem bereits die wichtigsten Schadinsekten und Wirbeltiere in Wäldern benannt und beschrieben wurden. Auch Beobachtungen zu Nützlingen und deren Schonung sowie erste Studien zur Regulierung von Schadinsekten wurden durchgeführt. In den Anfängen der Forstpathologie war eine wichtige erste Erkenntnis, dass es Pilze gibt, die an lebenden Bäumen Holzfäule verursachen. Diese Einsicht stand entgegen einer anderen Meinung, dass nämlich die Holzfäule erst zur Entstehung der Pilze führe (Schütt, 1979). Nachdem sich die erst genannte Erkenntnis durchsetzte, wurden zunächst die wichtigen, Holzfäule verursachenden Pilze untersucht, wie der Wurzelschwamm (Heterobasidion annosum s. l.), der die Rot­fäule verursacht, oder der Hallimasch (Armillaria spp.). Die wenigen Forstpathologen arbeiteten damals vor allem deskriptiv. Bis etwa zur Mitte des 20. Jahrhunderts fokussierte sich die Forschung auf die Identifizierung der Erreger als Krankheitsverursacher und auf Möglichkeiten der Bekämpfung, wie der Einsatz von Präparaten mit Kupfer zur Schüttebekämpfung.

In der Waldschutzforschung ermöglichte die Erarbeitung von kritischen Zahlen zu wichtigen Schadin­sekten an der Kiefer eine Schadensprognose (Richter, 1960), während erste Monitoringverfahren bereits Ende des 19. Jahrhunderts praktiziert wurden (Möller et al., 2007). Zudem fanden bereits Beobachtungen zu multiplen Parasit-Wirt-Komplexen statt, um Antagonisten zu fördern (Pschorn-Walcher, 1973). In erster Linie standen jedoch die Kausalzusammenhänge zur Entstehung von Massenvermehrungen der Schadinsekten an Kiefer und Fichte im Fokus. Vor allem der Nährstoff- und Wassermangel der Bäume in Verbindung mit der Nahrungsqualität der Nadeln wurden als Ursache untersucht. Auch im Bereich der Pathologie wurde mehr und mehr klar, dass eine isolierte Betrachtung von Krankheitserregern und ihrer Bekämpfung unzureichend ist, und dass experimentelle, interdisziplinäre Ansätze notwendig sind, um das komplexe Gefüge zwischen Wirt, Pathogen und Umwelt aufzudecken. Neue technische Entwicklungen ermöglichten zudem tiefergehende, experimentelle Untersuchungen mit verfeinerten Methoden (Schütt, 1979).

Massenvermehrungen von Feld- und Waldmaikäfer traten in Gebieten mit warm-trockenem Klima und sandigen Böden auf und sind aus den 1930er, 1950/60er sowie 1970/80er bis 1990er Jahren bekannt (Altenkirch et al., 2002). Hauptsächlich führte der Engerlingsfraß an Laub- und Nadelholzverjüngungen zu großen Schäden, die den Waldumbau von Kiefernbeständen verhindern. In den 1960er Jahren standen vorrangig Maßnahmen zum Objekt­schutz sowie zur Erprobung neuer Mittel und Bekämpfungs­strategien im Fokus der Forschung (Delb, 2004; Schröter, 2004; FVA BW, 2010).

Bis 1971 wurden auch die insektiziden Eigenschaften des DDT genutzt, um großflächigen Befall einzudämmen (Schwenke & Steger, 1961). Zuvor wurde Arsen (bis 1945) gegen Raupenplagen an der Kiefer eingesetzt. Ein großer Fortschritt war in dieser Zeit der Einsatz von Luftfahrzeugen (Starrflügler), um die Kronenschädlinge bekämpfen zu können. Erste Versuche in den 1950er Jahren führten zum Umdenken in der Applikationstechnik, weil die vom Boden geführten Nebelgeräte gegen Kronenschädlinge unzureichend waren. Bereits bis 1929 waren rund 25.000 ha Waldfläche mit dem Flugzeug behandelt worden (Schwenke, 1979). Im Bereich des Pflanzenschutzes waren gegen Mitte des Jahrhunderts auch Fungizide, zum Beispiel im Bereich des Holzschutzes, ein wichtiges Forschungsfeld (Höppner et al., 2011).

Großen Einfluss auf die Waldschadensforschung hatten ab Mitte der 1980er Jahre die gesellschaftspolitischen Prozesse. Hohe Nadelverluste und Absterbeereignisse in den Wäldern förderten die Ursachenforschung (Kätzel & Degenhardt, 2007). Angesichts vielfältiger Waldschäden begann um 1985 ein Umdenken, verbunden mit der Einrichtung von ersten Überwachungssystemen zur Erfassung von Vitalitätsänderungen und Schadsymptomen (Möller et al., 2007). 1984 startete die erste bundesweite Waldschadenserhebung auf Basis eines permanenten, systematischen Stichprobennetzes.

In den 1970er Jahren wurde der Häutungshemmer Diflubenzuron (Präparat: Dimilin) entwickelt, und fand bei der Abwehr von freifressenden Schmetterlingslarven und Blattwespen Einzug in den Waldschutz. Die selektive Wirkungsbreite und die eingeschränkte Wirkungsdauer stellten einen Fortschritt in der chemischen Bekämpfung dar. Mit der Entwicklung der Pyrethroide konnte die Aufwandmenge an Wirkstoff bei den Insektiziden weiter redu­ziert werden. Als synthetische Abkömmlinge des natürlichen Pyrethrums wurden die Wirkstoffe Cypermethrin und Cyhalothrin zugelassen. Ab 1984 wurden Pyrethroide u. a. zur Vorausflugbekämpfung von Borkenkäfern eingesetzt (Altenkirch et al., 2002).

Natürlich standen immer wieder auch biologische Verfahren im Fokus der Waldschutzbeobachtung und -forschung. Der Einsatz von Bakuloviren (gegen Schmetterlingslarven und Afterraupen) blieb allerdings weitestgehend chancenlos, weil die Vermehrung der Viren in reinen Zellkulturen nicht zur Praxisreife gelangt war bzw. die hohe UV-Empfindlichkeit der Viren und die abnehmende Sensitivität der Zielorganismen hohe Dosierungen erforderte (Altenkirch et al., 2002).

Die Möglichkeit, Sexuallockstoffe (Pheromone) für die Prognose einzusetzen, gewann ebenso an Potenzial. Bereits um 1930 wurden erste Pheromonfallen aus Papier mit weiblichen Nonnenfaltern bestückt. Da das Verfahren sehr aufwendig war, wurde für den Schwammspinner 1970 ein Lockstoff identifiziert, welcher auch synthetisch herzustellen war. Es folgten Untersuchungen zum synthetischen Lockstoff sowie zu verschiedenen Fallentechniken, wobei weitere Lepidopterenarten mit einbezogen wurden (Schwerdtfeger, 1981). Soziallockstoffe (Aggregationspheromone) wurden für die Prognose der Borkenkäfer genutzt. Für mehrere Borkenkäferarten konnten verschiedene Lockstoffe identifiziert und synthetisiert werden, die gute Möglichkeiten der Überwachung boten (Schwerdtfeger, 1981).

Mit der Veränderung der abiotischen Rahmenbedingungen zu Beginn der 1990er Jahre geriet auch die Eiche zunehmend unter Stress. Vor allem die explosionsartige Ausbreitung des Schwammspinners ist neben weiteren Schadinsekten und sekundär auftretenden Schadorganismen am Ursachenkomplex des Eichensterbens beteiligt. Nach der Gradation des Schwammspinners (1992 bis 1995) zeigte sich das Eichensterben mit einer bislang nicht erreichten Intensität (Wulf & Berendes, 1993; Wulf, 1996; Delb & Block, 1999; Seemann, 1999). Ab 1994 wurde der Einsatz ausgewählter Bakterienstämme von Bacillus thuringiensis mit dem Luftfahrzeug (Hubschrauber) gegen Schwammspinnerlarven in Eichenwäldern fokussiert, mit großem Erfolg (Schröter & Seemann, 1996; Schmutterer & Huber, 2005).

Borkenkäferkalamitäten entwickelten sich besonders nach Sturmwetterlagen („Vivian“/„Wiebke“: 1990, „Lothar“: 1999), die mehrere Millionen Festmeter Käferholz in Deutschland verursachten.

In dieser Zeit wurde zu holzentwertenden Pilzen bei der Nasslagerung von Stammholz geforscht. Der Waldschutz widmete sich auch der Ursachenforschung, der ökonomischen Bewertung verursachter Waldschäden, den waldbaulichen Aspekten zur Vorsorge und der Erarbeitung von Konzepten eines integrierten Pflanzenschutzes. Hierbei wurde der praktische Einsatz von entomopathogenen Pilzen, wie mit Beauveria brongniartii gegen Engerlinge der Maikäfer oder B. bassiana als natürlicher Antagonist der Borkenkäfer untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine beschränkte Wirksamkeit. Die Lagerfähigkeit und die hinreichende Aktivität der Pilze für eine Infek­tion der Entwicklungsstadien wurden als Probleme erkannt (Rohde & Bressem, 1996; Altenkirch et al., 2002). Das integrierte System der Borkenkäferbekämpfung wurde 1993 in den Mittelpunkt des Waldschutzes gestellt. Die Gegenmaßnahmen umfassen bis heute den gesamten Bereich von waldbaulicher Vorbeugung, der intensiven Überwachung bis hin zur Möglichkeit chemischer Schutzmaßnahmen.

Die großflächigen Aufforstungen landwirtschaftlicher Flächen begünstigten zudem Massenvermehrungen der Kurzschwanzmäuse. Insbesondere die Zunahme der Verunkrautung und ein lockerer oder fehlender Bestandesschirm fördern die Habitateignung dieser Flächen. In unregelmäßigen Zyklen kommt es daher zu erheblichen Schäden in Kulturen und Naturverjüngungen zumeist an Laubholz (Altenkirch et al., 2002). In der Forschung wurde mit dem Einsatz chemischer Mittel (Rodentizide) die verdeckte Ausbringung in Köderstationen fokussiert, um die Primärvergiftung zu minimieren und gleichzeitig die Umweltverträglichkeit der Bekämpfung zu verbessern.

Vor dem Hintergrund des Klimawandels zeichnete sich zunehmend ab, dass die Zukunft der Hauptbaumarten über die Grenzen der Trockenstresstoleranz entschieden wird. Es gewannen zunehmend interdisziplinäre Forschungsansätze sowie ökologische und ökosystemare Fragestellungen in der Waldforschung an Bedeutung. Die Grundlagen für ein effizientes forstliches Monitoring wurden in der Vergangenheit geschaffen und das Waldschutzmeldewesen als modernes Verfahren implementiert. Die Versuchsflächendaten in den Ländern sind heute in Datenbanken zusammengefasst und beinhalten weitreichende Informationen u. a. zu Waldbeständen, zu Witterungsbedingungen und zu den an Einzelbäumen erfass­ten Messdaten, die für eine Datenanalyse und Model­lierung genutzt werden. Zusätzlich kommen seit der Jahrhundertwende selbst in kleinen forstpatholoischen Labors zunehmend molekularbiologische Methoden zum Einsatz und sind heutzutage fest etabliert. Dies hat zu enormen Fortschritten bei der Detektion, Diag­nose, Identifikation und Taxonomie geführt. Es gab einen massiven Wissensschub in der Populationsgenetik von Schadorganismen, und damit zu ihrer Evolution, Vermehrungsweise und Verbreitungsgeschichte.

Bei Durchsicht der Ausgaben von 1949 bis heute wurden insgesamt 157 Beiträge mit einem aus dem Titel erkennt­lichen Bezug zum Waldschutz identifiziert. Diese wurden jeweils sieben Disziplinen und acht Kategorien zugeordnet (Abb. 1).

Abb. 1. Zeitliche Entwicklung der Hauptthemen von publizierten Waldschutzbeiträgen im Journal für Kultur­pflanzen. Insgesamt 157 im Journal für Kulturpflanzen publizierte Beiträge mit Waldbezug wurden ent­sprechend des im Titel angedeuteten Inhalts jeweils sieben verschiedenen Waldschutzdisziplinen (A) und acht thematischen Kategorien (B) zugeordnet. Hier dargestellt ist der prozentuale Anteil dieser Zuord­nungen in den jeweiligen Jahrzehnten der Erscheinung.

Die Anzahl der Beiträge zum Thema Holzschutz bestätigen, dass dieses Thema in den 1950ern und 1960ern von größerem Interesse war, und im Anschluss an die großen Stürme in den 1990ern noch einmal im Hinblick auf die Lagerung von Stammholz an Bedeutung gewann. Beiträge zu abiotischen Schäden und Disziplin-übergreifenden Themen wurden vor allem in den 1980ern und im letzten Jahrzehnt veröffentlicht, was zu den in diesen Zeiten bestimmenden Themen Waldsterben und Klimawandel passt. Hingegen wurden in den 1970er Jahren vor allem herbologische Artikel veröffentlicht. Die Anzahl der Beiträge zum chemischen Pflanzenschutz, in den 1950er Jahren noch ein bestimmendes Thema, gingen kontinuierlich zurück. Eine sehr deutliche Zunahme an Beiträgen zum Thema Waldgesundheit und invasive Arten ist in den letzten Jahrzehnten auffällig.

Die Waldschutzforschung von morgen

Vor dem Hintergrund des steigenden Waldschutzrisikos, der großen Unsicherheit bezüglich der zukünftigen Entwicklung des Klimas und der nicht kalkulierbaren Risi­ken durch biologische Invasionen wird ein adaptives Management empfohlen. Neben intensiver Überwachung der Schadorganismen gilt es, möglichst viele Hand­lungsoptionen zu erhalten und neu zu schaffen, um im Bedarfsfall eine informierte Wahl aus einem möglichst großen Portfolio an Handlungsalternativen treffen zu können (Brang et al., 2014). Gleichzeitig wird versucht, die Risiken durch Diversifizierung auf möglichst vielen Ebenen zu streuen. Durch waldbauliche Maßnahmen soll die Resistenz und Resilienz der Wälder gegenüber abiotischen und biotischen Störungen in einem andauern­den Prozess erhöht werden. Eine Schlüsselstrategie ist dabei die sukzessive Anpassung der Baumartenzusammensetzung an die zu erwartenden klimatischen Verhältnisse der Zukunft, wobei auch das Risiko biotischer und abiotischer Schadfaktoren zu berücksichtigen ist. Eine besondere Herausforderung liegt in der Wahl geeig­neter Baumarten und Herkünfte (Provenienzen), und zwar auf einer Vielzahl unterschiedlicher Standorte. Neben heimischen können auch nichtheimische Baumarten Entwicklungsmöglichkeiten bieten, die geprüft werden sollten. Die künstliche Verbringung von Pflanzmaterial in Gebiete, die für die betreffende Baumart oder Provenienz zukünftig bessere Umweltbedingungen bieten (assisted migration), birgt Chancen und Risiken, die in einem Abwägungsprozess einzubeziehen sind (Gömöry et al., 2020).

Mithilfe ökosystemarer Ansätze ist es Aufgabe der Waldschutzforschung, für diese Fragestellungen geeig­nete Wissensgrundlagen zu schaffen. So gilt es weiterhin, die Biologie, Diversität und Evolution von Waldbäumen, Schadorganismen und ihrer Antagonisten in Abhängigkeit von ihrer Umwelt zu erforschen (Desprez-Loustau et al., 2016). Auf Basis solchen Wissens können neue biologische Pflanzenschutzverfahren entwickelt werden. Zudem sind die Erarbeitung und Abstimmung fachübergreifender Konzepte mit anderen Disziplinen, insbesondere dem Waldbau, stärker zu fokussieren.

Molekularbiologische Methoden wie CRISPR/Cas oder die Nutzung von RNA-Interferenz (kurz RNAi oder auch RNA-Silencing) bieten unzählige Möglichkeiten bei der Erforschung von Schadorganismen und ihrer Interaktionen mit Wirt und Umwelt, aber auch bei der Erhöhung der Resistenz der Wälder und bei der direkten Bekämpfung von Schadorganismen (Fletcher et al., 2020; Slippers et al., 2020). Natürlich ist es auch Aufgabe der Forschung, die Gefahren solcher Methoden zu ergründen und zu benennen. Sogenannte Wächterpflanzungen (sentinel plantings) gelten als ein zukunftsträchtiges Werkzeug, um die Ausbreitung invasiver Schadorganismen effektiver zu verhindern (Vettraino et al., 2015).

Grundvoraussetzung für eine zielorientierte Forschung im Sinne eines integrierten Waldschutzes sowie für ein gut funktionierendes Risikomanagement vor Ort sind gut ausgebildete Waldschutzspezialisten, deren Ausbildung zukünftig gesichert werden muss. Ebenso gilt es den Wissenstransfer in die Praxis und in die interessierte Öffentlichkeit stärker in den Mittelpunkt zu stellen, den fachlichen nationalen Austausch zu intensivieren sowie einen Wissenstransfer zu Fragen des Waldschutzes auf europäischer Ebene zu fördern.