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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-88252
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8825/


Krumm, Frank

Natural dynamics in dense subalpine forests of the Swiss Alps

Natürliche Dynamik in subalpinen Wäldern in den Schweizer Alpen

Dokument1.pdf (3.088 KB) (md5sum: 68dad8637d1de5959dd4dda419411f4c)

Kurzfassung in Englisch

In the Swiss Alps, many forests have been strongly shaped and influenced over centuries by historical land-use practices. During the last 150 years, many areas, particularly in the subalpine Alps, have been abandoned or have been subjected to varying land-use forms. Forests consequently reclaimed many abandoned areas and also increased in density due to reduced grazing activity. Norway spruce, the dominant trees species in subalpine areas of the Swiss Alps, colonized the majority of these abandoned areas during these 150 years and has benefitted from climate warming during the same period. Therefore, many uniform and homogeneous forests dominated by Norway spruce established within this time period and are now in a developmental stage which is widely known as self-thinning. Since this forest phase is characterised by high stem densities and uniformity, regeneration generally does not occur in such stands. The development of this forest phase is especially important in relation to the protection function of such forests against natural hazards. However, relevant properties such as resistance and resilience remained largely unknown for the Swiss Alps, where most of the existing knowledge is based on other mountain regions and is hardly comparable with specific conditions in the subalpine Swiss Alps. Increasing vulnerability of people and infrastructure, labor costs, as well as ecological concerns, have led to the suggestion that natural processes should be included in forest management plans as long as protection functions do not decline as a result.
I compared natural dynamics in Swiss forests with those occurring in Bulgarian forests, which experience similar environmental conditions and have similar/the same tree species as in the Swiss Alps but have historically been influenced less by humans. For this part of my thesis, I compared results from the Swiss Alps with those found in Bulgaria by my colleague Dr. Momchil Panayotov, who used the same methodological approach.
(NFI) which were available for three time periods: 1983-85, 1993-95 and 2004-06. As a first step in this thesis, I analysed selected data from the Swiss National Forest Inventory. In a second step, I chose 20 field plots, 22 by 22 meters in area, from across the Swiss Alps between 1700-2100 m a.s.l.. I measured the (geographic) coordinates of every tree, measured tree height and diameter at breast height, and took two cores from all trees, dead or alive, one at breast height perpendicular to the slope and one at the stem base from the downhill side to get as many years as possible and analysed the tree rings according to standard procedures. As a final step, I analysed the spatial relationships of trees within self-thinning stages on the basis of the tree ring data and on tree diameter measurements from my 20 field plots. For this study I used spatial pattern analysis (pair correlation function) and the bi-variate extension of the pair-correlation function.
The results show that self-thinning processes are slow in subalpine areas and last at least 100 years in the Swiss Alps. However, climate warming, which has occurred during the last 150 years and has been particularly pronounced in the Swiss Alps during the last 30 years is already impacting the development of subalpine forests. Because high altitudinal forests are particularly sensitive to environmental changes, it is thus likely that the speed of development increases in the future with further temperature increases. However, the rate of change and the speed of development is strongly dependent on topographical factors and varies from region to region. Competition processes are dominant in self-thinning forests, but the currently minor role of disturbances might increase in later stages of self-thinning and with increasing temperatures. Aspect has a major impact on forest dynamics and on self-thinning in particular, with faster development on S-facing slopes.
Dynamics in dense, subalpine mountain forests is strongly driven by competition and self-thinning processes, which occur generally over long time periods and on small scales. These processes differ however in space and time and are driven by various site factors. Managers/decision makers should be aware of these natural processes in order to set management priorities. Local foresters generally know specific forests and their particularities best, but in order to decide, which forests should be passively or actively managed in future, they increasingly have to combine this regional expertise with knowledge about self-thinning processes under natural conditions and how they may be affected by changing temperature- and precipitation regimes.


Kurzfassung in Deutsch

Gebirgswälder bieten im gesamten Alpenraum den umfassendsten Schutz vor Lawinen und anderen Naturgefahren. Allerdings kann die Schutzwirksamkeit dieser Wälder örtlich und zeitlich sehr stark variieren und ist abhängig von natürlichen Störungen sowie von menschlichen und klimatischen Einflüssen. In der subalpinen Stufe der Schweiz gibt es sehr viele Wälder, die eine Schutzfunktion gegen Naturgefahren ausüben und deshalb spezielle Aufmerksamkeit bezüglich der Pflege und Nachhaltigkeit ihrer Schutzwirksamkeit erfahren. Dabei sind es einerseits Wälder mit offenen Strukturen, die aufgrund von Lücken, Lawinenanrisse ermöglichen, und andererseits sehr dichte, einschichtige Wälder mit fehlender vertikaler Struktur, die als besonders anfällig gegenüber natürlich auftretenden Störungen wie etwa Windwurf, Schneebruch oder Insektenbefall gelten.
Seit etwa 100 Jahren gibt es, vor allem im subalpinen Bereich, viele Flächen, die nicht mehr wirtschaftlich genutzt werden können. Deshalb wurde deren Bewirtschaftung eingeschränkt oder komplett aufgegeben („passively managed“). Entsprechend haben sich auf diesen ehemaligen Weideflächen mehrheitlich einschichtige Wälder etabliert, die mittlerweile 100-150 Jahre alt sind und sich aktuell in einer Phase intensiver Konkurrenz befinden („self-thinning“). Diese Wälder werden zumeist von der Fichte (Picea abies Karst) dominiert. Da die Gebirgswälder in der Schweiz bis dahin Jahrhunderte-lang bewirtschaftet wurden weiss man sehr wenig über ihre natürliche Entwicklung. Das bestehende Wissen kommt zumeist aus Untersuchungen ausserhalb der Alpen und ist somit nicht unbesehen direkt vergleichbar.
Für die vorliegende Arbeit habe ich die folgenden Forschungsfragen formuliert: (1) Wie lange dauern Entwicklungsprozesse in dichten, subalpinen Wäldern der Schweiz? (2) Wie wirken sich unterschiedliche Standortsfaktoren und aktives, bzw. passives Management auf die natürliche Entwicklung solcher Bestände aus? (3) Wie beeinflussen die räumliche Verteilung und Konkurrenzbeziehungen zum jeweils nächsten Baum die Entwicklung und entsprechend die Mortalität der Bäume?
Um diese Fragen beantworten zu können, wurden zwei verschiedene methodische Ansätze gewählt. In einem Ersten Schritt wurden Daten des Landesforstinventars (WSL) ausgewählt und mit „repeated measures statistics“ und Multiplen Regressionen analysiert. In einem Zweiten Schritt wurden insgesamt 20 Waldflächen (22 x 22 m) im subalpinen Bereich der Schweizerischen Alpen (1700-2100 m ü. M.) nach definierten Kriterien ausgewählt. Dabei waren alle Bestände von der Fichte dominiert (> 80 %), geprägt von einer relativ hohen Stammzahl, bzw. von einer hohen Baumdichte (> 600 Bäume pro ha, > 10 cm Durchmesser) und seit mindestens 50 Jahren nicht mehr bewirtschaftet. In einem letzten Schritt wurden die räumlichen Verhältnisse der einzelnen Bäume und die gegenseitige Beeinflussung ihres Wachstums mit Hilfe der „pair correlation function“ in den 20 Aufnahmeflächen analysiert.
Die Analysen zeigen, dass Selbstdifferenzierungsprozesse in Wäldern der subalpinen Stufe generell sehr langsam ablaufen und in den Schweizer Alpen wenigstens 100 Jahre Dauer beanspruchen. Allerdings hat die aktuelle Erwärmung, welche in den Schweizer Alpen ausgeprägter verläuft als in anderen Gebieten, das Baumwachstum bereits beeinflusst. Bei einer weiteren Erwärmung werden sich die Prozesse weiter beschleunigen jedoch immer in Abhängigkeit topographischer Faktoren. Es ist zu erwarten, dass sich nordexponierte Wälder mittelfristig zu ähnlichen Beständen entwickeln wie sie heute charakteristisch sind für südlich exponierte Wälder.
Diese dynamischen Prozesse zeigen eine hohe räumliche und zeitliche Variabilität und sind sehr stark von Konkurrenz und von Selbstdifferenzierungsprozessen geprägt. Die Kleinräumigkeit und die grossen standörtlichen Unterschiede bereits über kurze Distanzen sind charakteristisch für die Schweizer Alpen. Entsprechend ist es wichtig für Förster und Entscheidungsträger, die mit ihren Wäldern und den örtlichen Gegebenheiten am besten vertraut sind, diese Prozesse zu kennen und in der Bewirtschaftung die hohe regionale und zeitliche Variabilität zu berücksichtigen. In Zukunft sollte regionales Know-how mit den Erkenntnissen über die Selbstdifferenzierung und über natürliche Prozesse kombiniert werden und passives Management sollte, je nach Situation, als wichtige Option des Management in Betracht gezogen werden. Dabei ist es besonders wichtig, möglichst gut für etwaige Szenarien und zukünftige Entwicklungen vorbereitet zu sein, die sich durch sich verändernde Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse ergeben können, etwa so wie wir es in Bulgarischen Wäldern kennen gelernt haben. So sollte es gelingen den Herausforderungen des aktuellen Klimawandels im Schutzwald mit ökonomisch und ökologisch passenden Massnahmen zu begegnen, und die Schutzwirksamkeit der Wälder nachhaltig zu erhalten.


SWD-Schlagwörter: Natürliche Dynamik , Subalpin , Dendroökologie , Konkurrenz , Totholz , Schutzwald , Naturgefahren , Forstinventur , Picea abies , Schweizer Alpen
Freie Schlagwörter (englisch): natural dynamics , Norway spruce , competition , self-thinning , stem exclusion , dead wood , forest inventory , natural hazards , protection forests
Institut: Institut für Waldwachstum
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Spiecker, Heinrich (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.12.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 12.12.2012
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