Wie schützen sich Pflanzen vor Frost

Die Herkunft ist entscheidend

Tropische Pflanzen leiden bereits bei Temperaturen unter +10 °C und sterben bei anhaltender Exposition langsam ab. Pflanzen aus Regionen mit Minustemperaturen während des Winters weisen eine gewisse Frosttoleranz auf.
Man unterscheidet:

• Regionen mit nur gelegentlich auftretenden Frösten (Mittelmeerraum)
• Regionen mit länger andauernden Kälteperioden (Alpine Regionen)

Wie reagieren Pflanzen bei Kälte?

Niedrige Temperaturen verlangsamen alle chemischen Prozesse wie zum Beispiel die Photosynthese. Dadurch sinkt die Nährstoff und Wasseraufnahme bis zu dem Punkt, an welchem das Wachstum vollständig eingestellt wird. Die Gleichgewichtsreaktionen in der Pflanze verschieben sich in Richtung Energiefreisetzung (Prinzip von Le Chatelier). Die Pflanze verbrennt dabei zunehmend ihre Energievorräte.

Bei Minustemperaturen bildet sich zunächst Eis an exponierten Stellen wie Blüten, Früchten oder frischen Austrieben. Entlang der Leitbündel schreitet die Eisbildung dann weiter voran. Verholzte Zellwände hingegen verhindern die Ausbreitung der Eisbildung. Bei längerer Frosteinwirkung schreitet die Eisbildung tiefer ins Pflanzengewebe vor, bis die ganze Pflanze abstirbt.

Welche Schäden verursacht Frost?

Eiskristalle in den Zellen zerstören die Pflanze von innen, indem sie diese, bildlich gesehen, aufsprengen. Zwischen den Zellen trocknen Eiskristalle die Pflanze aus, weil die Konzentration gelöster Stoffe zunimmt und durch Osmose weitere Zellen dehydrieren. Frostschäden sind demnach eigentlich Trockenschäden.

Wie stark Frost die Pflanze schädigt, hängt von der Temperatur und der Dauer der Frostperiode ab. Nur gefriertolerante Pflanzen aus Regionen mit sehr niedrigen Temperaturen überleben das Gefrieren ihrer Zellen. Sowohl Laubals auch Nadelgehölze können im Winter Schaden nehmen, wenn die Spaltöffnungen geschlossen sind, aber Wasser dennoch durch die Cuticula verloren geht.

Welche Schutzmechanismen nutzen Pflanzen, um sich vor Kälte zu schützen?

Um sich vor Frosteinwirkung zu schützen, nutzen Pflanzen viele Strategien. Nur einige sollen nachfolgend aufgezählt werden:

• Abschirmung vor Wärmeabstrahlung durch Isolation: Pflanzen schützen ihre Überwinterungsorgane unter einer Laubdecke oder unter der Erde.
• Abwerfen frostempfindlicher Organe vor Beginn der Frostperiode: Laubfall bei Bäumen.
• Gefrierpunktserniedrigung durch Anreicherung gelöster Stoffe im Zellsaft: Pflanzen können somit den Gefrierpunkt von 1 auf 5 °C herabsetzen.
• Verlagerung der Eisbildung: Im Holzteil (Xylem), in manchen Samen, in Knospen und in der Rinde wird interzelluläres Wasser verlagert, um dort zu Eis zu gefrieren. Die Konzentration des Zellsaftes steigt und verzögert so das Gefrieren.

Winterhärtezonen

Die Winterhärte wird in Zonen (1–11) eingeteilt (Winterhärtezonen WHZ). Während der Alpenraum oder die Mittelgebirge sich in WHZ von 5 bis 6 befinden, schwanken die meisten Regionen zwischen 7a und 8b.

Karte: Winterhärtezonen für Gehölze in Mitteleuropa (Quelle: Roloff/Bärtels, Flora der Gehölze, 5. Auflage 2018, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart)

Auf dem falschen Fuß erwischt

Frostschäden treten selbst bei sehr frosttoleranten Pflanzen auf, wenn Frost zu einem ungünstigen Zeitpunkt auftritt. Sogenannte Frühfröste sind besonders gefährlich, wenn sie beispielsweise während der Blüte oder nach dem Austrieb bei Gehölzen vorkommen. Bei Spätfrösten befinden sich die Pflanzen noch im Hauptwachstum und sind dadurch noch nicht ausreichend auf die Kälte vorbereitet.

Bei der gärtnerischen Produktion von Pflanzen werden die Schutzmaßnahmen der Pflanze bzw. deren Einleiten häufig verhindert. Pflanzen, die unter geschützten Anbaubedingungen (unter Folie oder Glas) angebaut werden, sind zudem deutlich größeren Temperaturschwankungen ausgesetzt. Die Temperaturen im Wurzelbereich sind meist höher. Solche Pflanzen
können deutlich anfälliger für niedrige Temperaturen sein als Pflanzen unter Freilandbedingungen.

Können Pflanzen gezielt abgehärtet werden?

Je nach Wachstumsphase gestaltet sich die Kälteempfindlichkeit von Pflanzen sehr unterschiedlich. Ab Herbst entwickeln Pflanzen allmählich die Eigenschaft, durch zunehmende Kälteeinwirkung entstehende Frostperioden überstehen zu können. Dabei wird das Wachstum eingestellt sowie Zucker und andere Stoffe eingelagert. Zudem werden Biomembranen und
Enzyme entsprechend umgebaut, um den Wasserentzug durch Eisbildung zu ermöglichen. Die Pflanzen begeben sich in die Winterruhe.

Mit zunehmenden Temperaturen zum Winterende beenden Pflanzen ihre Winterruhe und verlieren den dazu aufgebauten Schutz. Folgt einer spätwinterlichen Warmphase eine wiederum starke Frostperiode, ist dies aufgrund ihres bereits abgebauten Winterschutzes für die Pflanzen problematisch.