Auswirkungen des Klimawandels und forstliche Anpassungsstrategien für die Wälder in Hessen von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche

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1 Auswirkungen des Klimawandels und forstliche Anpassungsstrategien für die Wälder in Hessen von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

2 Besonderheiten der Forstwirtschaft 1. Langfristigkeit der forstlichen Produktion 2. Weitreichende Bindung an die Standortsverhältnisse 3. Waldbäume sind zugleich Produkt und Produktionsmittel 4: Landnutzungsform mit großer Flächenbedeutung 5. Wirkungen und Leistungen oft nicht substituierbar Prinzip der Nachhaltigkeit

3 Ausgangssituation in Hessen (BMVEL 2004) Waldfläche [ha] Lärche Kiefer Douglasie Tanne Fichte ALn ALh Buche Eiche 4,8 10,9 3,1 0,0 24,7 6,0 6,0 29,8 12, Altersklasse [Jahre] > ha Wald 41,7 % Bewaldungsprozent 0,9 % Bundeswald 39,0 % Landeswald 36,2 % Körperschaftswald 24,0 % Privatwald

4 18. Januar 2007 Sturm Kyrill Bedarf an Entscheidungshilfen zur Wiederbewaldung unter Berücksichtigung des Klimawandels

5 Schadensausmaß und Schadensschwerpunkte des Sturms Kyrill in Hessen Gesamtschaden: ca. 7 Mio m³ Nadelholzanteil: ca. 90 % ca. 84 % Fi Laubholzanteil: ca. 10 % Sturmholzmengen ca ha Schadensfläche ca ha zu verjüngende Fläche

6 Herausforderung Klimawandel (IPCC 4 AR, WG I 2007)

7 Erwarteter Klimawandel - Ausmaß, räumliche und zeitliche Verteilung, Geschwindigkeit - Anstieg der Temperatur: - wärmere Sommer - deutlich wärmere Winter - verlängerte Vegetationszeiten Veränderte Niederschlagsverteilung: - trockenere Sommer - feuchtere Winter Häufiger Witterungsextreme: Änderung des chemischen Klimas: - Dürren - Starkregen -Stürme -CO ² -Anstieg, - N-Eutrophierung -O 3 -Belastung

8 Veränderung der Niederschläge und Temperaturen in der Vegetationszeit (April/Mai-Oktober) Szenario A1B

9 Auswirkungen des Klimawandels auf die Wälder - Ausmaß, räumliche und zeitliche Verteilung, Geschwindigkeit - Boden: - Deposition - Nährstoffhaushalt - Wasserhaushalt - Durchwurzelung Pflanzenphysiologie: - Assimilation - Transpiration - Dissimilation - Mortalität Pflanzensoziologie: - Verbreitungsgrenzen - Artenspektrum - Konkurrenzkraft - Populationen Bestand: - Verjüngung - Wachstum -Struktur - Produktivität Waldschutz: - abiot. Schadereignisse - biot. Schaderreger Forstbetrieb: - Holzmarkt - Einkommen - Kalamitätsnutzungen - Arbeitsplätze Fazit: Forstwirtschaft wird riskanter

10 Anpassungsstrategien für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung unter sich wandelnden Klimabedingungen Arbeitsschritte: Regionalisierung der Klimaszenarien inkl. Witterungsextreme Quantifizierung von Wasserspeicherkapazitäten und Nährstoffangebote Identifikation von Grenzstandorten Entwicklung dreidimensionaler Ökogramme für die Waldbauplanung Festlegung der Anbaueignung bestimmter Baumarten (Herkünfte) Ableitung der Standort-Leistungs-Bezüge für bestimmte Baumarten Überprüfung der Eignung von Verjüngungs-, Pflege- u. Nutzungskonzepten Prognose des Holzaufkommens Abgrenzung standortabhängiger Waldschutzrisiken Auswirkungen auf das Lebensraumangebot

11 Arbeitshypothese: Der Klimawandel erhöht das Trockenstressrisiko für Wälder. Was ist Trockenstress? Ein Zustand, der a) die Effektivität von pflanzlichen Prozessen reduziert oder der b) die Pflanzenstruktur direkt schädigt. (van Heerden & Yanai 1995) Wie definiert man Trockenstress? reduziertes Wachstum reduzierte Vitalität erhöhter Nadel-/Blattverlust erhöhte Mortalität Indikatoren für Trockenstress Physiologische Indikatoren Klimatologische / hydrologische Indikatoren - Bodenwasserhaushalt - relative Transpiration (ETa/Etp) a rel. Transpiration ETa/ETp 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Reduktionsbeginn Feldkapazität Welkepunkt permanenter Welkepunkt nutzbare Feldkapazität Transpirationseinschränkung

12 Quantifizierung des pflanzenverfügbaren Wassers Bodenwasser Bodenluft Bodenwasser Festsubstanz Gesamtporenvolumen freies Wasser pflanzenverfügbarekapazität Wasser nfk nutzbare Feld- Totwasser Feldkapazität FK Permanenter Welkepunkt PWP Klimatische Wasserbilanz = Niederschlag Evapotranspiration KWB = N ET pflanzenverfügbares klimatische nutzbare Wasser = Wasserbilanz + Feldkapazität PW KWB nfk

13 Annahmen: Regionalisierung der Klimaszenarien Horizontale Auflösung (200 x 200 km) der globalen Klimamodelle ist für regionale Fragestellungen unzureichend Globale Modelle beschreiben die atmosphärische Zirkulation treffend Zwang zur Regionalisierung dynamische Verfahren (Modelle) oder statistische Verfahren (Modelle) Modell WettReg; statistische Beziehung zwischen großräumigen Mustern/Wetterlagen und lokalen Auswirkungen Erzeugung von Zeitreihen ( ) der wichtigsten Klimavariablen auf Stationsbasis A1B wahrscheinlichste Szenario; Unsicherheit berücksichtigen (trockene und feuchte Variante)

14 Vorgehensweise bei der Regionalisierung der Klimaszenarien Abgrenzung des Untersuchungsraumes und Aufbereitung der Geodaten (Höhenmodell, Bodenkarte) Aufbereitung der WettReg-Stationsdaten Regionalisierung der Klimadaten und Berechnung der potentiellen Evapotranspiration (WaSiM/ETH) ohne Niederschlagskorrektur mit expositionsabhängiger Strahlungskorrektur und Temperaturmodifikation ohne baumartenspezifische Evapotranspiration (ETp) mit Verlängerung der Vegetationszeit (Modell Menzel) Berechnung der klimatischen Wasserbilanz und Bilanzierung mit der nutzbaren Feldkapazität

15 Risikoabschätzung bei Fichte über den Wasserbedarf Landnutzung (Corine) Orographie (SRTM) nutzbare Feldkapazität (BÜK 50)

16 Klimatische Wasserbilanz; Unsicherheit Vegetationsperiode A1B feucht KWB KWB + nfk A1B trocken

17 Wasserbedarf Fichte - Risikoabschätzung KWB Vegetationsperiode Vegetationsperiode

18 Wasserbedarf Fichte - Risikoabschätzung KWB + nfk Vegetationsperiode Vegetationsperiode KWB > 0 mm 0 bis 150 mm < 150 mm

19 Klima-Anpassungsfähigkeit verschiedener Baumarten (v. LÜPKE, 2004) Beurteilungskriterien Klima-Anpassungsfähigkeit Generationenfolge Wärme Wasserstress Insektenbefall Waldbrand Regeneratonsfähigkeit Sturmstabilität feucht-kühles Klima (Pilzbefall) Nährstoffarmut Bodensäure Besiedlung von Freiflächen Baumarten Buche Traubeneiche Stieleiche Esche Bergahorn Spitzahorn Winterlinde Hainbuche Elsbeere Schwarzerle Sandbirke Aspe Vogelbeere Weißtanne Fichte Kiefer Europ. Lärche Roteiche Douglasie Beurteilung der Anpassungseignung gut (stabil bzw. schlecht mittel resilient (labil)

20 3 D-Ökogramm als waldbauliche Entscheidungshilfe für die Baumartenwahl Vorgaben: pflanzenverfügbares Wasser Nährstoffe Fi Bu Ei Orientierung an der Leistungsfähigkeit der Baumarten Beachtung der biotischen und abiotischen Risiken Verwendung der die drei Ökogrammachsen als Modellparameter bei der Standort-Leistungs- Schätzung Temperatur

21 Ableitung des Standort-Leistungs-Bezuges für bestimmte Baumarten Arbeitshypothesen: 1. Klimabedingte Änderungen des Standort-Leistungs-Bezuges sind im Wesentlichen auf Änderungen der Temperaturen, Niederschläge und der nutzbaren Bodenwasserspeicher zurückzuführen. 2. Klimaänderungen zeigen auf Grenzstandorten die größten Auswirkungen. Problemstellungen: 1. Alterstrend in Höhenbonität rausrechnen 2. Integration von pflanzenverfügbarem Wasser, Temperatur und Nährstoffversorgung in das Standort-Leistungs-Modell 3. Ableitung von Optimum- und Grenzbereichen 4. Herleitung von Wirkungsfunktionen zur Prognose der Höhenbonität x$h m 40 m 35 m 30 m 25 m 20 m x$alt

22 Modellierung des Standort-Leistungs-Bezuges - Ableitung von Optimum- und Grenzbereichen mittels Quantilsregression - II. Ertragsklasse Nährstoffziffer 4 und besser Optimum, d.h. mindestens 90% der Bestände erreichen bei diesen Standortsbedingungen hg100 >= 29,3 m 10%-Q [m] hg100 Nährstoffziffer 4 und 5 Nährstoffziffer 3 Variation in WH Nährstoffziffer 1 und 2 12,6 14,3 mittlere Temperatur in VZ [ C]

23 WZE Sachsen-Anhalt Anteil starker Schäden in über 60-jährigen Beständen Anteil (%) WZE Sachsen - Anhalt Eiche > 60 Jahre, Anteil starker Schäden (> 60 % Kronenverlichtung) 8,2 Anteil (%) WZE Sachsen - Anhalt Buche > 60 Jahre, Anteil starker Schäden (> 60 % Kronenverlichtung) 6, Anteil (%) WZE Sachsen - Anhalt Fichte > 60 Jahre, Anteil starker Schäden (> 60 % Kronenverlichtung) 6, WZE Sachsen - Anhalt Kiefer > 60 Jahre, Anteil starker Schäden (> 60 % Kronenverlichtung) Anteil (%)

24 Jahrringentwicklung von Fichte (links) und Buche (rechts) im Mischbestand SCHONGAU 814. Reaktion auf das Trockenjahr 1976 (PRETZSCH 2004

25 Abgrenzung standortabhängiger Waldschutzrisiken Welche Wirkungen haben die erwarteten Klimaänderungen auf die Populationsdynamik von Schadorganismen? Modellinsekten, die auf Trockenstress ihrer Wirtspflanzen reagieren: Buchdrucker an Fichte Blaue Kiefernprachtkäfer an Kiefer Buchenprachtkäfer an Buche Eichenprachtkäfer an Eiche Modellinsekten, die auf trockene und warme Witterung im Sommer positiv reagieren: Kiefernspinner an Kiefer Nonne an Kiefer und Fichte Eichenprozessionsspinner an Eiche Schwammspinner an Eiche Modellinsekten, die auf milde Wintertemperaturen positiv reagieren: Fichtenröhrenlaus an Fichte LEMME u. HABERMANN

26 Fichteneinschlag und Anteil der Insekten-Kalamitätsnutzungen in den NLF Fichteneinschlag m³ Insektenholz m³ ges. Fichteneinschlag (EFm) Insektenholz (EFm)

27 Wärmesummenmodell zur Beschreibung der Buchdruckerentwicklung im Westharz - für die 1. Generation sind 557 Tagesgrade für die 2. Generation 1144 Tagesgrade notwendig - LEMME 2008)

28 Zufällige Nutzungen durch Dürre- und Insektenschäden bei der Buche in den Jahren 2002 bis 2006 (Quelle: LFV Baden-Württemberg) ca % ca % ca % ca % ca %

29 Relative Sensitivität der Hauptbaumarten für Sturmschäden (Eiche = 1,0). Auswertung der Stürme Frühjahr Baumart Bayern Baden- Württemberg Hessen Mittel gerundet Fichte 8,3 12,0 10,0 10 Kiefer 3,5 4,0 4,0 4 Buche 1,8 3,0 2,5 2 Eiche 1,0 1,0 1,0 1 v. Lüpke u. Spellmann 1999

30 Kalkulatorische Reinerträge der Hauptbaumarten Kalkulatorische Reinerträge der Hauptbaumarten in EUR/ha/a nach Normalwaldmodell Grundlagen: Ertragstafeln (jeweils mäßige Durchforstung) Anpassung der Durchmesserentwicklung nach WOLLBORN und BÖCKMANN (1998) Bestandessortentafeln von SCHÖPFER und DAUBER (1989) Preise und Kosten nach WBR 86, Stand 2002 (jeweils entsprechend dem Landesdurchschnitt) Verwaltungskosten 120 EUR/ha/a Eiche Buche Fichte Douglasie Kiefer ( NFP 2003) Eur/ha/a III II Durchschn. LFV I Ertragsklasse

31 Schlussfolgerungen Abgesicherte Anpassungsstrategien für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung unter sich wandelnden Klimabedingungen sind derzeit noch nicht verfügbar. Die angewandte forstliche Forschung hat sich dem Thema angenommen und ist auf einem guten Weg. Angesichts der Langfristigkeit der forstlichen Produktion, des Anpassungsvermögens unserer Hauptbaumarten und der jährlich anstehenden Verjüngungsfläche verbietet sich jegliche Form von Aktionismus. Auf der Grundlage der vorliegenden Erkenntnisse und mit Blick auf die Anpassungspotenzialen der Forstbetriebe lassen sich folgende vorläufige Empfehlungen geben:

32 Klimatische Verhältnisse im Zuständigkeitsbereich der NW-FVA Jahresmitteltemperatur ( C) Mittlere Niederschlagssumme im Jahr (mm) Mittlere Niederschlagssumme in der Vegetationszeit (mm)

33 Schlussfolgerungen für die Forstbetriebe vorläufige Empfehlungen Das höchste Trockenstressrisiko weisen außerhalb der montanen Zone die mäßig frischen bis mäßig sommertrockenen und staunassen Standorte für Fichte auf. Hier sollte man auf führende Fichte verzichten. Probleme mit der Buche sind vor allem auf staufeuchten und wechseltrockenen Standorten zu verzeichnen. Vorhandene Fi- bzw. Bu-Naturverjüngung sollte auf diesen Standorten je nach Ausgangssubstrat mit Douglasie (,Lä, KTa) überpflanzt bzw. mit Edellaubbäumen oder Eiche (REi) gruppen- bis horstweise ergänzt werden. Mischungen verteilen die Risiken und erhöhen die Elasitizität nach Störungen. Horstweise Mischungen sind zu bevorzugen (Konkurrenz, Qualität, Pflegeaufwand, Mechanisierung). Die Pflegekonzepte müssen die Flexibilität der Forstbetriebe erhalten, um auf Veränderungen der ökologischen bzw. ökonomischen Rahmenbedingungen reagieren zu können. Gestaffelte Durchforstungen mit starken Eingriffen in der Jugend und abnehmender Eingriffsstärke mit zunehmendem Alter verkürzen die Produktions- und Gefährdungszeiträume.

34 Schlussfolgerungen für die Forstbetriebe vorläufige Empfehlungen Mit Blick auf die steigenden biotischen und abiotischen Risiken sind die heute empfohlenen Z-Baumzahlen zu überdenken ( ). Das Konzept Zielstärkennutzung muss differenzierter umgesetzt werden (Trockenschäden bei Buche, Käferschäden und Windwurf bei Fichte, Entwertung und Ausschluss der Naturverjüngung bei Eiche). Die Zuwächse werden langfristig von der planaren bis submontanen Stufe eher sinken, in der montanen und hochmontanen Stufe eher steigen. Kompensationsmöglichkeiten ergeben sich durch den Anbau angepasster, leistungsfähigerer Baumarten. Mit den derzeitigen Vorräten sollte marktkonform umgegangen werden weder horten noch liquidieren. Ein angemessener Flächenanteil an Nadelbäumen ist unverzichtbar, um die Ertragslage der Forstbetriebe zu sichern, den Bedarf der Holzindustrie zu decken und die Kohlenstoffsequestrierung im Holzbau zu fördern.

35 Auswirkungen des Klimawandels und forstliche Anpassungsstrategien für die Wälder in Hessen von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

36 3. Modellierung des Standort-Leistungs-Bezuges Ableitung von Optimum- und Grenzbereichen mittels Quantilsregression hg100 10%-Q [m] III. Ertragsklasse Nährstoffziffer 1 und 2 <11.8 >14.8 Grenzbereich, d.h. weniger als 90% der Bestände erreichen die III. Ertragsklasse NW-FVA mittlere Temperatur in VZ [ C]

37 4. Beispiel eines 3D-Ökogramms (12,6; 291,3; 4) 400 pflanzenverfügbares Wasser [mm] Nährstoffziffer (12,6; -221,6; 4) (14,3; -221,6; 4) (14,3; -221,6; 6) , , , , , ,5 mittlere Temperatur in VZ [ C] NW-FVA