Ausgetrockneter Bach im Demnitzer Mühlenfließ in Brandenburg.
Foto: Lukas Kleine/IGB

BerlinBäume und Büsche, die schon im August gelbe Blätter bekommen. Landwirte, die wegen ausbleibender Niederschläge wieder einmal eine schlechte Ernte verbuchen müssen. Und Boden, der sich in Staub verwandelt. Die anhaltende Dürre dieses Sommers schafft Bilder, die noch vor einigen Jahrzehnten für Deutschland äußerst ungewöhnlich waren. Inzwischen aber scheinen sich die Trockenperioden zu häufen – ein Trend, den Fachleute mit Sorge beobachten. Denn sie befürchten, dass die Wasserkreisläufe in Zukunft nicht mehr so funktionieren werden wie bisher. „Dann könnte es durchaus sein, dass die bisherige Form von Land- und Waldwirtschaft nicht mehr möglich ist“, warnt Dörthe Tetzlaff vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin.

Die Forscherin leitet eine Arbeitsgruppe, die mit modernsten wissenschaftlichen Methoden die Reise des Wassers durch die Landschaft verfolgt. „Wir wollen wissen, was eigentlich passiert, wenn es regnet“, erklärt sie. Nur der geringste Teil des Niederschlags landet dann nämlich direkt in Bächen, Flüssen und Seen. Deutlich mehr verdunstet von allen möglichen Oberflächen und erreicht so schon kurz nach dem Schauer wieder die Atmosphäre. Ein weiterer Teil versickert im Boden, wo er unterschiedliche Wege einschlagen kann. Einer führt zum Beispiel über die Wurzeln in die Pflanzen und von dort über die Blätter wieder in die Luft. Der Boden kann Wasser aber auch erst einmal für längere Zeit speichern und es später in Richtung der Flüsse oder des Grundwassers weiterschicken.

Grafik: BLZ/Hecher

Wie viel Wasser aber nimmt welchen Weg? Gerade in Dürrezeiten ist das eine sehr wichtige Frage. Denn dann kann es durchaus sein, dass die vom Himmel fallenden Mengen nicht reichen, um sowohl die Pflanzen zu versorgen als auch die Grundwasservorräte und die Gewässer aufzufüllen. In der Landschaft entsteht also eine Art Verteilungskampf ums Wasser. Und wer den gewinnt, das hängt von einem komplexen Zusammenspiel von Boden, Vegetation und Landnutzung ab.

Wie man junges von älterem Wasser unterscheidet

„In Brandenburg können wir diese Prozesse sehr gut untersuchen“, sagt Dörthe Tetzlaff. Denn mit einem Jahresniederschlag von 560 Litern pro Quadratmeter ist das Bundesland ohnehin schon das trockenste in Deutschland. Und manchmal wird die Lage noch extremer. So wie 2018, als im ganzen Jahr gerade einmal 390 Liter Wasser auf jeden Quadratmeter prasselten. Am Demnitzer Mühlenfließ, einem Einzugsgebiet der Spree etwa 55 Kilometer südöstlich von Berlin, hat das Team vom IGB untersucht, welche Folgen das für einen Mischwald auf sandigem Boden und für eine Wiese auf lehmigerem Untergrund hatte.

Dazu haben die Forscher nicht nur langfristige Klima- und Abflussdaten herangezogen, sondern auch ihre eigenen Messergebnisse zur Bodenfeuchte, dem Stand und der Qualität des Grundwassers und der Wasserabgabe der Pflanzen. Besonders aufschlussreich aber war die Analyse von stabilen Wasserstoff- und Sauerstoffisotopen. Das sind unterschiedlich schwere Formen der beiden Elemente, die von Natur aus auch verschieden schwere Wassermoleküle bilden. „Wenn Wasser kondensiert oder verdampft, verändert sich das Verhältnis von schweren und leichten Varianten“, erklärt Dörthe Tetzlaff.

Aus diesem Isotopen-Fingerabdruck kann man daher die Geschichte des Wassers in der Landschaft rekonstruieren. Er verrät zum Beispiel, ob es sich um „junges“ Wasser vom letzten Regen handelt oder um älteres, das schon länger im Boden gespeichert war. Aus diesem Alter kann man schließen, ob Regenwasser den Boden überhaupt infiltriert, wie lange es dort gespeichert wird und ob es anschließend in den Pflanzen oder im Grundwasser landet.

Foto: Imago Images/Christian Thiel
Blaues Wasser, grünes Wasser

Unter blauem Wasser verstehen Fachleute jenen Teil der Niederschläge, der Seen, Flüsse und das Grundwasser füllt und damit direkt für die Wasserversorgung von Menschen und Tieren genutzt werden kann.

Daneben gibt es noch das grüne Wasser, das stark von der Vegetation beeinflusst wird. Es verdunstet nach einem Regenguss entweder von den Blättern oder anderen Oberflächen. Oder es wird von den Pflanzen aufgenommen und über Transpiration von den Blättern wieder an die Atmosphäre abgegeben. 

In Zukunft wird es nach Einschätzung von Klimaforschern mehr Hitzewellen und Dürreperioden geben. Das dürfte zu einem höheren Bedarf an grünem Wasser führen, der auf Kosten des blauen gehen wird. Es dürfte also immer schwieriger werden, den Wasserbedarf der Land- und Forstwirtschaft mit der Grundwasserneubildung und dem Erhalt von Ökosystemfunktionen in Flüssen und Seen auszubalancieren. Damit das gelingt, muss man wissen, wie verschiedene Pflanzen und Landnutzungsformen die Verteilung des Wassers beeinflussen.

Im Dürrejahr 2018 ist am Demnitzer Mühlenfließ demnach der größte Teil der seltenen Niederschläge direkt wieder verdunstet oder von den Pflanzen aufgenommen und über die Blätter wieder abgegeben worden. Dabei zeigten sich zwischen den beiden Probeflächen allerdings deutliche Unterschiede, die mit der Vegetation und den Bodeneigenschaften zusammenhängen.

So fing das Blätterdach des Waldes den meisten Regen schon ab, bevor er überhaupt den Boden erreichte. Direkt von der Oberfläche der Blätter verdunstete der Großteil davon wieder. Der Rest der spärlichen Niederschläge landete auf einem sandigen Untergrund, der Feuchtigkeit nur schlecht speichern kann. Zwar drang das Wasser tief in diesen ein, hatte aber während der Wachstumsperiode von Frühling bis Herbst kaum eine Chance, das Grundwasser zu erreichen. Denn die tief reichenden Wurzeln von Eichen und anderen Waldbäumen fingen es vorher ab. Durch diese Besonderheiten trocknete der Waldboden stark aus, während der Dürre haben die Forscher im obersten Meter gerade einmal 37 Liter Wasser pro Quadratmeter gefunden.

Wir waren überrascht von der Stärke der Dürre. Und auch davon, dass sie immer noch anhält.

Dörthe Tetzlaff, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, Berlin

Das Grünland war mit 146 Litern pro Quadratmeter dagegen deutlich feuchter. Hier konnte der lehmigere Boden mehr Feuchtigkeit speichern und die flach wurzelnden Gräser versorgten sich nur aus den Bereichen in der Nähe der Oberfläche. Zudem gaben die Halme auch weniger Wasser in die Luft ab als die Bäume. Aus dieser Fläche sickerte daher auch während der Dürre noch etwas Nachschub Richtung Grundwasser. Trotzdem hat auch das Grasland massiv unter der extremen Trockenheit gelitten.

Tatsächlich haben sich beide Landschaften bis heute nicht davon erholt. Auch die beinahe durchschnittlichen Niederschlagsmengen des Jahres 2019 haben nicht ausgereicht, um die Wasserspeicher im Boden und die Grundwasserreservoirs wieder aufzufüllen und die Vegetation zu regenerieren. Und nun läuft schon die nächste Trockenphase. „Wir waren überrascht von der Stärke der Dürre“, sagt Dörthe Tetzlaff. „Und auch davon, dass sie immer noch anhält.“

Zwar hat es im Rahmen natürlicher Klimaschwankungen auch früher immer mal wieder etliche trockene Jahre hintereinander gegeben. Nur wurden die dann auch wieder durch mehrere feuchte abgelöst. „Wir können nur hoffen, dass wir sehr bald wieder so eine Feuchteperiode erleben, in der die Niederschläge über mehrere Monate oder sogar Jahre hinweg über dem Durchschnitt liegen“, meint die IGB-Forscherin. Ob die alten Regeln für den Wechsel zwischen feucht und trocken auch in Zeiten des Klimawandels noch gelten, wisse allerdings niemand.

Hoffen auf Regenjahre

Sollte die Durststrecke anhalten, wäre das für Brandenburgs Landschaften jedenfalls keine gute Nachricht. „Es war erschreckend festzustellen, wie stark selbst ein natürlicher Mischwald unter der Dürre leidet“, sagt Lukas Kleine, Doktorand in Tetzlaffs Team. „Für einen Wirtschaftsforst mit dominierenden Nadelbäumen ist die Situation noch schlimmer.“ Und das dürfte nach Einschätzung der Forscher nicht nur für Brandenburg gelten, sondern auch für viele andere Tieflandregionen Mitteleuropas, die ähnliche Böden und eine vergleichbare geologische Geschichte haben.

Was aber kann man tun, um die Widerstandsfähigkeit der Landschaften gegen Dürren zu verbessern? Das Team vom IGB plädiert für Maßnahmen, die zu mehr Grundwasserneubildung und einer besseren Speicherfähigkeit der Böden führen. Ansetzen könnte man dabei zum Beispiel bei der Bearbeitung der Böden, der Auswahl der angebauten Ackerfrüchte und der Dichte der für die Forstwirtschaft angepflanzten Bäume. „Früher haben wir entschieden, was wir anpflanzen wollen, und dann das benötigte Wasser zur Verfügung gestellt“, sagt Dörthe Tetzlaff. In einer Zukunft mit häufigeren Dürren aber werde das wohl nicht mehr funktionieren. „Da müssen wir zuerst genau wissen, wie viel Wasser überhaupt zu Verfügung steht. Und dann entscheiden, für welche Landnutzung das reicht.“