Klimaextreme, Walddynamik, Waldbau - Überblick und Resultate aus aktuellen Forschungsprojekten - Andreas Rigling & viele Kolleginnen und Kollegen ...
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Klimaextreme, Walddynamik, Waldbau – Überblick und Resultate aus aktuellen Forschungsprojekten Walensee, 15. Aug 2018 Andreas Rigling & viele Kolleginnen und Kollegen Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdsorf & ETH, Zürich
Inhalt • Das Klima ändert sich – Klimaextreme nehmen zu • Sensitive Gebiete, Prozesse, Baumarten • Grundlagen / Spielraum Waldbau
Inhalt
Christoph Schär ETH Zürich
Sensitive Ökosysteme und Prozesse der zukünftigen
Waldentwicklung?…
Limitierungen:
Frost, kurze Vegetationsperiode
Limitierungen:
Einheimische
Landwirtschaft im Gebirge: und neue
Spannungsfeld intensive
Schädlinge und Krankheiten
Nutzung (neg. Folgen für Umwelt) und extensiver
Nutzung (Verbrachung als Endpunkt)
Limitierungen:
Gebirgsforstwirtschaft: zunehmende Nachfrage nach
Hitze, TrockenheitGütern und Dienstleistungen bei
öffentlichen
geringer Rentabilität
Biotische Risiken: Buchdrucker
2018 Herblingen
Zwangsnutzungen (m3)
Käfernester Anzahl
• Befall ausgelöst durch Stürme und stimuliert durch Hitze und Trockenheit
• Seit 2008 Buchdruckerbefall auf tiefem Niveau, ab 2015 leichter Anstieg, 2018??
• Fichtenanteil im Mittelland seit 2005 um >30% abgenommen
• Zukunft: Anstieg Anzahl Borkenkäfergenerationen
Waldbericht 2015; Waldschutz Aktuell 2018
Waldgrenzverschiebungen in der CH
Areal-Statistik
1979/85 bis 1992/95
Entwaldung
Bewaldung
Hektarflächen mit Waldänderung
Nettowandel
Höhe über Meer
• Waldgrenze steigt grossflächig an (seit 1950 um 1.3 m / Jahr)
• Waldflächenzunahme CH 10%, in den Alpen bis 28% (1985-2013)
• Bäume wachsen besser - experimentelle Bodenerwärmung erhöht Wachstum
Gehrig-Fasel et al., 2007 J Veg Sc; Henne et al. 2017 Reg Env Change; Waldbericht 2015
Umweltgradienten – Untere Waldgrenze Wiederholte Waldföhrenmortalität in den inneralpinen Trockentälern
Föhrenmortalität: Trockenheit als auslösender Faktor
1998 2003 2011
70
2017
Nadelverlust / Mortalität (%)
Fläche NV Mortalität
60 Visp (n=35−80) ●
Lens (n=9−287) ●
50
40
30 ●
●
20 ●
●
10 ●
●
● ●
●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
0 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
95 97 99 01 03 05 07 09 11 13 15 17
• Viele Trockenjahre
Wasserbilanz (mm)
600
400
Visp Sion Lens • Mortalität nach Trockenjahren
200 • Höchste Mortalität trockene
0 Standorte, hohe
−200
Bestandesdichte
95 97 99 01 03 05 07 09 11 13 15 17
Rigling et al. 2018 SZF
Föhrenmortalität: und es geht es weiter bei Visp ... 2017/18 Grauberg, Visp
und auch im Pfynwald ...
2018 Rottensand, PfynwaldUnd nun auch Buche in Saillon betroffen ...
... auf trockenen Grenzstandorten in Zentralalpen ... bald im Mittelland?
Saillon VS 2018... Blattverfärbung und -wurf schon ab Ende Juli
Thayngen SH 2018... Der Herbst begann im Sommer
Hemishofen SH 2018Buche, Hainbuche, Ahorn ... Und die Eiche? Herblingen SH 2018 Hemmishofen SH 2018
Wo zeigten sich die Trockenschäden?
Räumliche Kartierung Trockenheitseffekte mittels Satelitendaten (Sentinel 2)
Quantifizierung der Trockenheit, resp. des Wassergehaltes der Vegetation mittels
NDWI-Index (Unterschiedliche Reflexion Infrarotstrahlung ja nach Wassergehalt) –
Vergleich von Sommer 2018 mit feuchter Referenzperiode.
Rote Bereiche: tiefere NDWI Werte als Referenzperiode
Überprüfung mit Feldbeobachtungen zeigt gute Übereinstimmung –
Trockenheitseffekte grossflächig rekonstruierbar. Ginzler, Psomas et al.Wieso sind einzelne Bäume betroffen, andere nicht?
Bodenwasserpotenzial, 20 cm
Bodenwasserpotenzial (kPa)
Blattverlust
April Mai Juni Juli August Sept
Bodenwasserpotenzial, 150-200 cm
Bodenwasserpotenzial (kPa)
Blattverlust
April Mai Juni Juli August Sept
Bäume mit frühzeitiger Verfärbung und Blattabwurf zeigen signifikant trockenere
Verhältnisse im Unterboden – diese Bäume konnten nicht auf „eiserne“
Wasserreserven zurückgreifen.... Walthert et al.Was passiert wenn 2019 wieder Trockenjahr?
Herblingen SH 2018
• 1000 Buchen markiert / charakterisiert: Entwicklung dieser Buchen in Zukunft?
Wohlgemuth et al.Waldbaulicher Spielraum und Bestandesentwicklung
ì Baumartenvielfalt
ì Genetische Vielfalt
ì Widerstandskraft Störungen
ì Strukturelle Vielfalt
î Umtriebszeit, Zieldurchmesser
ì Natürliche Biodiversität
Klima(+), Man(0)
Klima(0), Man(0)
Klima(+), Man(A)
Mortalität
Zeit
Verjüngung Altbestände
Brang et al. 2014 Forestry; Huber et al. 2013 Ecol & SocietyVerjüngung: Toleranz gegenüber Trockenheit?
Trockenheitsexperiment
Dgl WFö
Regendachexperiment Susten VS:
Dgl. in der Jugend sehr empfindlich
à hohe Mortalität, ungünstige
Wurzelarchitektur
Moser et al. 2016 Annals of Forest Science
Experiment Lötschbergsüdrampe VS:
Hohe Mortalität nach 3 Jahren 58-98%
Anpassung Trockenheit:
Blumenesche>Flaumeiche>Schwarzföhre>Esche>Mehlbeere>
Schneeb.bl.Ahorn >Waldföhre>Douglasie Rigling et al. 2012 SZFTestpflanzungen – Simulation Habitatsverschiebungen
Mutrux VD
• Ca. 50 Testpflanzungen entlang von Umwelt-, Klima-, Bodengradienten
• 18 Baumarten, mit je 7 Provenienzen
22-Oct-09 / 20
• Erste Tests in 2013 gestartet; Hauptprojekt 2020-2050 Brang et al.Effekte von Durchforstungen auf Trockenheitsresistenz
• ForRISK: Fi, Ta, Eingriffstärken-Trockenjahre 1976, 2003 (Bottero et al. NFZ-forestnet)
• Fi, Ta, Bu, Baumartenmischung-Trockenheit (Lévesque et al. ETHZ)
• Pfynwald: Fö, Wiederholung Durchforstungsexperiment Leibundgut/Schütz/Dobbertin
• 4 Behandlungen mit 3 Wiederholungen; Df in 1965, 1971, 1978, 2009
Kontrolle: 0% Schwache Df: -20% Mittlere Df: - 40% Starke Df: -70%
Plot 12 Plot 7 Plot 3 Plot 4
• Nur starke Durchforstung mit langfristigem Effekt auf Baumwachstum
• Durchforstung erhöht Bodenfeuchtigkeit
• Durchforstung verringert Baummortalität um das 4-fache
Giuggiola et al. 2013 For Ecol Man; 2016 New PhytolEnfernung Unterschicht – Wachstum-Boden-Mikroklima?
+++ Bodentemperatur,
+++ -feuchtigkeit, +++ Saftfluss,
+++ Baum- & Nadelwachstum,
à Reduktion Wasserverbrauch >>
Verdunstung (kein Unterwuchs)
à Bäume erholen sich von
Trockenstress.
Giuggiola et al. 2018 For Ecol Man 22Jährliche Wachstumsanalysen für CH
• Zusammenführen aller
langfristigen Datenreihen.
• Prozessbasierte
Waldwachstumsmodelle
• Wachstumsanalysen und
jährliche Wachstums-
prognosen, sowie
Szenarien für zukünftige
Entwicklungen für die
ganze Schweiz
Trotsiuk et al. in prep.Wachstumsanomalien Biomasseproduktion
2000 2001 2002
2003 2004 2005
Trotsiuk et al. in prep.
2006 2007 2008
tief hoch
• Räumlich hoch aufgelöste und klar differenzierte
-0,50
-0,25
-0,25
-0,50
0
Wachstumsmuster (3PG Mod.) à Anwendung Klimaszenarien -2Trockenheitstoleranz Fichte versus Tanne
Standorte
• Wachstums-
Resistenz
reaktion
(Jahrringbreite)
bei extremer
Trockenheit
Erholung
• Bei zunehmender
Jahr
Resilienz
Trockenheit ist
ringb
Resistenz
Resilienz
Weisstanne
reite
deutlich robuster
als Fichte
Erholung
Wasserbilanz (mm)
Vitasse et al. in prep.Standortseignung: SDM und Klimaszenarien CH
Heutiges Klima 2021-2050 2051-2080
(A1B scenario 1.4-6.4C)
(Fagus sylvatica)
Buche
(Q. robur, petraea,
pubescens)
Eichen
(Picea abies)
Fichte
Niklaus Zimmermann, http://www.wsl.ch/lud/portree/method.ehtmlZusammenfassung
• Biotische Risiken als Schlüsselfaktoren für die zukünftige Waldentwicklung
• Waldgrenze: Zunahme Baumwachstum und Waldfläche –> zeitliche Dynamik nicht
linear und abhängig von Verjüngungserfolg (Schneedecke und Ausaperung).
• In Tieflagen (600 - 1000 m ü.M.): Häufigere Trockenjahre à Trockenheit als
Auslöser für Wachstumsreduktion und Baumsterben.
• Waldbewirtschaftung und Wissenschaft erarbeiten gemeinsam fundiertes Wissen
und Entscheidungsgrundlagen à kritische ökologische Entwicklungen und
Anpassungen der Waldbewirtschaftung in schnell veränderndem Umfeld
• Feldexperimente zeigen Potential von waldbaulichen Eingriffen zur Erhöhung von
Wasserverfügbarkeit und Widerstandskraft gegenüber direkten und indirekten
Effekten von Trockenheit à testen zukünftiges Baumartenportfolio.
• Zuverlässliche langfristige Monitoringdaten, kombiniert mit kurz- und mittelfristigen
Feldexperimenten in verschiedenen Waldtypen als Grundlage zur
à Verbesserung Systemverständnis
à Entwicklung und Kalibrierung neuer Modellierungsansätze
à Schärfung konsistenter Szenarien der Waldentwicklung
à Ziel Entwicklung zukunftsgerichtete, klimaeffiziente Waldbewirtschaftung
(climate-smart forestry)!Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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