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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-83969
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8396/


Schuler, Johanna Katharina

Astentwicklung und Astreinigung in Abhängigkeit vom Dickenwachstum bei Buche (Fagus sylvatica L.) und Eiche (Quercus petraea (Matt.) Liebl.; Quercus robur L.)

Branch development and natural pruning processes related to diameter growth of beech (Fagus sylvatica L.) and oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.; Quercus robur L.)

Dokument1.pdf (6.863 KB) (md5sum: b43bd96b1efc20b75af74b11eb005c26)

Kurzfassung in Deutsch

In dieser Arbeit wurden Baumgestalt, Astarchitektur und Astreinigungsprozesse der schattentoleranten Buche (Fagus sylvatica L.) und der lichtbedürftigen Eiche (Quercus petraea (Matt.) Liebl.; Quercus robur L.) in Abhängigkeit vom Dickenwachstum untersucht. Durch möglichst einfache und leicht zu interpretierende baumartenspezifische waldwachstumskundliche Modelle wurden relevante Einflussvariablen, welche auf Baumgestalt, Astarchitektur, Astmortalitätsprozess sowie Astüberwallung und innere Ästigkeit einwirken, auf Einzelbaum- wie auch auf Einzelastebene herausgefiltert und quantifiziert. Auf Grundlage dieser Modelle wurden die Baumarten Buche und Eiche kontrastiert. Baumartenspezifische Unterschiede werden aufgezeigt und vor dem Hintergrund ihrer autökologischen Eigenschaften interpretiert. Alle Modelle werden zusätzlich im Kontext des Dickenwachstums betrachtet. Im weiteren Verlauf werden auf Grundlage dieser Modelle Empfehlungen zur waldbaulichen Gestaltung der Astreinigungsphase von Buche und Eiche gegeben werden.
Das Untersuchungskonzept dieser Arbeit beruht auf dem Prinzip der unechten Zeitreihe in Kombination mit dem retrospektiven Ansatz der Stammanalyse. Die für diese Arbeit aufgenommenen Probebäume entstammen vorwiegend Beständen des westlichen Baden- Württembergs, aus welchen jeweils 5 Bäume der Kraft’schen Klassen 1 bis 4 entnommen wurden. So wurden insgesamt 143 Probebäume, davon 69 Buchen und 74 Eichen, stehend (Baumhöhe, Kronenansatzhöhe, Kronendurchmesser) sowie liegend (Astansatzhöhe, Astdurchmesser, Astansatzwinkel, Astlänge, Exposition des Astes) vermessen. Gefällte Probebäume wurden in ein-Meter-Sektionen aufgeteilt. Aus jeder Sektion wurde der stärkste überwallte Totast, der stärkste nicht überwallte Totast und der stärkste lebende Ast für weitere Untersuchungen entnommen. Nach entsprechender Präparation der Totäste wurden der Mortalitätszeitpunkt sowie gegebenenfalls das Jahr der vollständigen Überwallung erhoben. Des Weiteren wurden noch verschiedene Distanzmaße wie der Radius des asthaltigen Kerns aufgenommen. An den entnommenen Lebendastproben sowie den dazugehörigen Stammscheiben wurden die Radialzuwächse vermessen. Insgesamt wurden während der Feldaufnahmen und der Laborarbeiten Daten von knapp 4200 Ästen aufgenommen, worauf ein Anteil von etwa 60% auf lebende Äste entfiel.
Im Teilbereich Baumgestalt und Astarchitektur wurde zunächst auf Einzelbaumebene eine Modellierung des Höhenwachstums sowie des Kronendurchmessers und der Astanzahl durchgeführt. Auf Einzelastebene wurden Modelle zur Prognose der Astlänge, des Astdurchmessers, des Astradialzuwachses sowie des Astansatzwinkels erstellt. Zusammenfassend konnte für die Baumart Buche unter der Voraussetzung sonst gleicher Bedingungen ein tendenziell größerer Kronendurchmesser im Vergleich zur Baumart Eiche festgestellt werden, was sich auch in der Astlängenentwicklung wiederspiegelte. Hier besitzt die Baumart Buche unter sonst gleichen Bedingungen längere Äste. Weiterhin weist die Baumart Buche unter der Voraussetzung sonst gleicher Bedingungen eine tendenziell höhere Anzahl lebender Äste in der Krone auf. Für die lichtbedürftige Baumart Eiche konnte im untersuchten Altersspektrum eine schnellere Höhenentwicklung im Vergleich zur Baumart Buche festgestellt werden. Des Weiteren wiesen die in dieser Arbeit untersuchten Eichen einen höheren durchschnittlichen Schaftradialzuwachs auf 1,3m Höhe bei gleichem Kronendurchmesser auf. Unter sonst gleichen Bedingungen besitzt die Baumart Eiche im Vergleich zur Baumart Buche tendenziell größere Astradialzuwächse und ergo auch tendenziell größere Astdurchmesser.
Bei beiden Baumarten konnte ein signifikanter negativer Einfluss des Astansatzwinkels auf den Astradialzuwachs als auch auf den Astdurchmesser nachgewiesen werden. Auf Grund dessen besitzen steile Äste unter der Voraussetzung sonst gleicher Bedingungen höhere Astradialzuwächse und in der Konsequenz auch größere Astdurchmesser. Neben ontogenetischen Einflüssen auf die Baumgestalt und Astarchitektur spielt bei beiden Baumarten vor allem das Dickenwachstum des Schaftes eine bedeutende Rolle. Hier konnte ein signifikanter positiver Einfluss des (mittleren) Schaftradialzuwachses auf 1,3m Höhe auf die Astanzahl, den Astradialzuwachs und auf den Astansatzwinkel festgestellt werden. Implizit konnte des Weiteren ein positiver Einfluss des Schaftradialzuwachses auf 1,3m Höhe auf den Kronendurchmesser und somit auch auf den Astdurchmesser unter sonst gleichen Bedingungen festgestellt werden. Neben dem direkten Einfluss des Schaftradialzuwachses auf Astradialzuwachs und Astdurchmesser existiert somit ein weiterer, indirekter Einfluss durch den Astansatzwinkel.
Im Teilbereich Astmortalitätsprozess wurde auf Einzelbaumebene ein Modell zur Prognose der Kronenansatzhöhe sowie auf Einzelastebene ein Modell zur Prognose des Aststatus‘ erstellt. Zusammenfassend kann der Astmortalitätsprozess beider Baumarten zunächst als abhängig von der Standortsgüte beschrieben werden. Es ist ein schnelleres Aststerben auf besseren Standorten zu erwarten. Unabhängig vom Standort ist für die Baumart Eiche unter sonst gleichen Bedingungen jedoch ein schnellerer Astmortalitätsprozess zu erwarten. Des Weitern konnte bei beiden Baumarten ein verzögerter Astmortalitätsprozess für Bäume mit vergleichsweise hohem durchschnittlichem jährlichem Radialzuwachs festgestellt werden. Eine Erhöhung des durchschnittlichen jährlichen Radialzuwachses verzögert den Astmortalitätsprozess für die Baumart Eiche kaum merklich, für die Baumart Buche jedoch evident. Weiterhin konnte bei beiden Baumarten ein verzögerter Astmortalitätsprozess mit zunehmendem Astdurchmesser festgestellt werden, welche sich bei der Baumart Buche als ausgeprägter erwies. Zusätzlich konnte ein ontogenetischer Einfluss auf den Astmortalitätsprozess festgestellt werden. Es ist mit einer Kulmination der Kronenansatzverschiebung parallel zur Kulmination des laufenden Baumhöhenzuwachses zu rechnen, wobei die Baumart Eiche unter sonst gleichen Bedingungen immer auch einen schnelleren Astmortalitätsprozess gegenüber der Baumart Buche aufweist.
Im Teilbereich Astüberwallung und innere Ästigkeit wurde auf Einzelbaumebene ein Modell zur Prognose der astfreien Schaftlänge und auf Einzelastebene ein Modell zur Schätzung der Astüberwallungsdauer, der Astüberwallungswahrscheinlichkeit und des Radius‘ des asthaltigen Kerns erstellt. Trotz eines rascheren Astmortalitätsprozesses der Baumart Eiche erweist sich die Astüberwallung aufgrund der spezifischen Zersetzungseigenschaften abgestorbener Eichenäste unter sonst gleichen Bedingungen im Vergleich zu Ästen der Baumart Buche als langsamer voranschreitend. Der Astdurchmesser der Baumart Eiche wirkt sich dabei gravierender auf die Astüberwallungsdauer und das Ausmaß der inneren Ästigkeit aus, was durch voranschreitende Verkernungsprozesse mit zunehmendem Astdurchmesser und somit zunehmend erschwerte Holzzersetzung toten Astmaterials zu erklären ist.
Dabei lässt sich der Schaftradialzuwachs als wichtigste Einflussvariable auf die Astüberwallung und innere Ästigkeit identifizieren. Dichtständiger erwachsene Bäume mit geringerem durchschnittlichem Radialzuwachs auf 1,3m Schafthöhe besitzen unter der Voraussetzung sonst gleicher Bedingungen dünnere Äste, welche rascher absterben, ausweislich des Astüberwallungsmodells auch schneller überwallt werden und nach der Überwallung einen schmaleren asthaltigen Kern im Schaftholz hinterlassen. Jedoch ist es, um die Astüberwallung zu forcieren, zu diesem Zeitpunkt wichtig, das Dickenwachstum z.B. durch Durchforstungsmaßnahmen weiter zu fördern. Klassischerweise wird dieses Bewirtschaftungsprinzip in der Praxis in Form des „zweiphasigen Pflegekonzepts“ umgesetzt.


Kurzfassung in Englisch

This study analyses tree shape, branching architecture and natural pruning processes related to diameter growth of beech (Fagus sylvatica L.) and oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.; Quercus robur L.), which exhibit contrasting light requirements. Simple and easy to interpret growth models have been developed to depict relevant influencing factors on tree shape, such as branching architecture and natural pruning processes on single tree level, and on single branch level, which should be filtered out and quantified. The models have first been fitted separately to the species-specific data material and in a second step, the two tree species have been contrasted based on their specific growth models in order to show differences and interpret them based on their contrasting autecological behavior. All models have also been related to diameter growth. Based on the gained results, silvicultural suggestions should been made in a third step.
The methodology of this work follows a retrospective approach combined with the principle of space-for-time substitution with plots of different developmental phases. Trees have mainly been sampled on plots in western Baden- Württemberg, Germany. In each stand 5 trees of Kraft’s class 1 to 4 have been measured (tree height, crown base height, crown diameter) and felled for branch measurements (height, diameter, angle, length and exposition of the branch). Overall, 143 sample trees, of which 69 beech trees and 74 oak trees have been measured. Sample trees have been divided into one-meter sections. In each section the thickest occluded dead branch, the thickest dead branch and the thickest living branch have been sampled for additional analyses. Besides distance- related measures, the year of branch death and, if applicable, the year of full branch occlusion have been detected on dead branch sample material after appropriate preparation. Radial increment measurements have been carried out on sampled living branches as well as on their adjacent stem discs. Altogether almost 4200 branches have been measured, of which about 60% were living branches.
In the section tree form and branching architecture, models have been fitted to predict height growth, crown diameter and total branch number on single tree level. On single branch level, models to predict branch length, branch diameter, branch radial increment and branch angle have been developed. Beech showed ceteris paribus a wider crown in comparison to oak, which was also reflected by its longer branches. Moreover, beech showed a larger number of living branches in its crown in comparison to oak. The light- demanding oak showed a faster height development as well as a faster radial increment on stem and branches, which, other factors being equal, reflects the tendency of larger branch diameters. There is a significant negative influence of branch angle on branch diameter for both species, which means, that steeper branches exhibit larger radial increments and, as a result, larger branch diameters. Besides ontogenetic impacts, there is a clear positive influence of stem radial growth on crown diameter as well as on branch number, - diameter, - radial increment and - angle. For this reason, stem radial increment influences branch diameters twofold by, first, having an indirect influence through branch angle and, second, having a direct influence on branch diameter growth itself.
A model to predict crown base height on single tree level and a model to predict branch status on single branch level in the section branch mortality process has been developed. To sum up, the branch mortality process of both tree species is primarily dependent on site, where trees on better sites show faster branch mortality processes. Independently of site, oak shows a faster branch mortality process. Comparably higher stem radial increments delay branch mortality processes, where the delay on oak is less discernable. Branch mortality process is also delayed by branch diameter, where larger branches show a better chance to survive a longer time. This observation is also more pronounced on beech. There is also an additional ontogenetic influence on branch mortality process, which reaches its maximum speed during culmination of height increment. Oak always shows a faster branch mortality process than beech.
On single tree level a model to predict the length of the branch-free bole has been developed to describe branch occlusion. On single branch level, models to predict occlusion time, the probability of occlusion as well as a model to predict the radius of the knotty core have been developed. Despite the faster branch mortality process, oak shows a longer occlusion process resulting from its specific characteristics of wood decay processes. The delaying influence of branch diameter on branch occlusion process as well as its negative influence on branch occlusion probability and its positive influence on the radius of the knotty core is more pronounced for oak. Stem radial increment is the most important influencing factor on branch occlusion and the radius of the knotty core, by influencing branch diameter and the speed of the branch mortality process. Trees showing a comparably low radial increment have smaller branches and show a rapid branch mortality process, which means, that the branches die at a younger age. Occlusion time will therefore be reduced and the diameter of the knotty core will remain small. After having reached the desired length of the branch-free bole, thinning is necessary to speed up occlusion time of the remaining dead branches and emphasize diameter growth of the stem to reach the target diameter. This can be done by implementing a two phase silvicultural management system.


SWD-Schlagwörter: Buche , Eiche
Freie Schlagwörter (deutsch): Astreinigung , Dickenwachstum
Freie Schlagwörter (englisch): oak , beech , natural pruning , diameter growth
Institut: Institut für Waldwachstum
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Spiecker, Heinrich (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.12.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 14.12.2011
Bemerkung: Früherer Name der Autorin: Storch, Johanna Katharina
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