Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte

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1 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

2 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Gliederung: 1. Ökologische Grundlagen 2. Herausforderung Klimawandel 3. Behandlung der Fichte 4. Schlussfolgerungen NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

3 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Gliederung: 1. Ökologische Grundlagen 2. Herausforderung Klimawandel 3. Behandlung der Fichte 4. Schlussfolgerungen NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

4 Ökologische Eigenschaften der Fichte sehr empfindlich gegenüber Sommerdürre (wechsel-feuchte und sommertrockene Böden) + kaum Frostgefährdung + breite Nährstoffamplitude empfindlich gegenüber Wassermangel Flachwurzler auf physiologisch flachgründigen und grundwassernahen Standorten ± Kulmination des Höhenzuwachses im Alter 15-25, des Volumenzuwachs im Alter geringe Selbstdifferenzierung hohe Disposition gegenüber biotischen Schäden (Borkenkäfer, Pilze, Schälschäden) hohe Disposition gegenüber abiotischen Schäden (Sturm, Trockenheit) ± Halbschattbaumart + häufige Samenproduktion mit effektiver Windverbreitung + Fähigkeit, Freiflächen zu besiedeln NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

5 Natürlicher Feuchtigkeits- und Säurebereich von Buche und Fichte in der submontanen Stufe (Ellenberg 1996) Trockengrenze zunehmend trocken zunehmend trocken Buche zunehmend kalkreich Nässegrenze Fichte zunehmend kalkreich Potenzbereich Potenzoptimum NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

6 Standörtliche Zuordnung der Baumarten im Tiefland planar Trockengrenze nass trocken Ki Dgl Fi Bu Ei Alh arm reich Nässegrenze NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

7 Kalamitätsnutzungen in den nds. Landesforsten - Anteile getrennt nach Baumartengruppen, Mittelwerte Nutzungen aufgrund Störungen ( ) (Böckmann 2010) Gesamt Kiefer, Lärche Baumartengruppe Douglasie Fichte Buche, Alh, Aln Eiche 0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% Anteil am Gesamteinschlag Eiche Buche, Alh, Aln Fichte Douglasie Kiefer, Lärche Gesamt NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

8 Einfluss des Standortes auf die Kalamitätsnutzungen bei Fichte Anteil Fichte auf labilen Standorten (Böckmann 2010) Fläche [ha] Blöße Alte rsstufe 12,1 % gefährdete Standorte 25,0 % gefährdete Standorte gefährdet ungefährdet NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt gefährdet ungefährdet

9 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Gliederung: 1. Ökologische Grundlagen 2. Herausforderung Klimawandel 3. Behandlung der Fichte 4. Schlussfolgerungen NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

10 Erwarteter Klimawandel Ausmaß räumliche und zeitliche Verteilung Geschwindigkeit Anstieg der Temperatur: Veränderte Niederschlags-: verteilung Häufiger Witterungsextreme: - wärmere Sommer - deutlich wärmere Winter - verlängerte Vegetationszeiten - trockenere Sommer - feuchtere Winter - Dürren - Starkregen -Stürme

11 Mittl. Niederschlagssummen in der Vegetationsperiode (Mai-Oktober) WettReg; Referenzperiode ( ) WettReg A1B; feucht, Mittel 383,8 mm Mittel 418,2 mm WettReg A1B; WettReg A1B; trocken, Mittel 315,2 mm 17,9 % Mittel 326,2 mm

12 Herangehensweisen zur Entwicklung von Anpassungsstrategien Südostdeutschland Nordwestdeutschland I. natürliche Verbreitung II. künstliche Verbreitung = III. Erfahrungswissen Basis- Pause Zukunft [Klimahüllen] I. Standort- Leistungsbezug II. Abiotische Risiken III. Biotische Risiken = f Klimawandel

13 Arbeitsschritte in Nordwestdeutschland zur Entwicklung von Anpassungsstrategien Arbeitsschritte: 1. Regionalisierung der Klimaszenarien inkl. Witterungsextreme 2. Quantifizierung des pflanzenverfügbaren Wassers 3. Ableitung des Standort-Leistungs-Bezuges 4. Abgrenzung standortsabhängiger Waldschutzrisiken 5. Entwicklung dreidimensionaler Ökogramme zur Baumartenwahl 6. Überprüfung der Eignung von Verjüngungs-, Pflege- u. Nutzungskonzepten

14 Quantifizierung des pflanzenverfügbaren Wassers Bodenwasser Bodenluft Bodenwasser Festsubstanz Gesamtporenvolumen freies Wasser pflanzenverfügbarekapazität Wasser nfk nutzbare Feld- Totwasser Feldkapazität FK Permanenter Welkepunkt PWP Bodendaten zur Berechnung der nfk Leitprofile der Bodenübersichtskarte (D, HE, NDS, ST, SH) Profile der Standortskartierung (HE, NDS, ST, [SH]) Profile der BZE (HE, NDS, ST, [SH]) Profile des Intensiven Umweltmonitorings (HE, NDS, ST, [SH]) zur Regionalisierung Wasserhaushaltsziffer, Substratlagerung, Lage aus der Standortskartierung [SH]

15 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

16 Wasserbedarf Fichte - Risikoabschätzung KWB + nfk in der Vegetationsperiode > 0 mm 0 bis 150 mm < 150 mm

17 Grundannahmen der Modellentwicklungen = f I. Standort- Leistungsbezug II. Abiotische Risiken Klimawandel III. Biotische Risiken Standortskonstanz ist unter Klimawandel erst recht nicht mehr gegeben Regionalisierte Standortsinformationen Temperatursummen in der Vegetationszeit Ariditätsindex Klimatische Wasserbilanz Nutzbare Feldkapazität Nährstoffausstattung Digitales Geländemodell (Hilfsvariablen)

18 Grundannahmen der Modellentwicklungen = f I. Standort- Leistungsbezug II. Abiotische Risiken Klimawandel III. Biotische Risiken Standortskonstanz ist unter Klimawandel erst recht nicht mehr gegeben Trennung der Problembereiche Wachstum und Risiken: - Bonitätsänderungen müssen von Ausfallraten unterschieden werden. - Verschiedene Risiken unterliegen unterschiedlichen Einflussfaktoren in unterschiedlicher Weise. - Wachstumsänderungen und Risiken unterliegen einer unterschiedlichen Dynamik. Prognosen über die zukünftige Waldentwicklung erfolgen im Analogieschluss.

19 3 D-Ökogramme als waldbauliche Entscheidungshilfen für die Baumartenwahl Kriterien: pflanzenverfügbares Wasser Nährstoffe Fi Dgl Bu Ki Ei Orientierung an der Leistungsfähigkeit der Baumarten Beachtung der biotischen und abiotischen Risiken Beachtung naturschutzfachlicher Gesichtspunkte Temperatur NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

20 Standortleistungsfähigkeit Status quo Veränderung bis Szenario A1B - trocken Fichte Fichte I.5 Ertragsklasse (und besser) I.5 bis II.5 Ertragsklasse II.5 Ertragsklasse (und schlechter) > 7,5 % 2,5 % bis 7,5 % -2,5 % bis 2,5 % -2,5 % bis -7,5 % < -7,5 %

21 Analyse des Sturmschadenrisikos - Gebiet um die Okertalsperre im Harz - (Schmidt 2010) P (Sturmschaden) = f (Baumart, BHD, Baumhöhe, Exponiertheit, Exposition, Wasserhaushalt) Wahrscheinlichkeit eines Sturmschadens 0% 50% 100% Gewässer Nichtholzboden 1000 m

22 Biotische Risiken: Buchdrucker - Wahrscheinlichkeit für Buchdruckerbefall innerhalb einer 10 jährigen Periode im Harz - (Quelle: Overbeck 2010) P (Käferbefall) = f (Frischestufe, Nährstoffkl., Temperatursum. in Veg., Mischungsanteil) HNN 430 m mäßig frisch frisch nachhaltig frisch HNN 750 m mäßig frisch frisch nachhaltig frisch Bestände mittlere Nährstoffversorgung mit einem Käferholzanteil an der Gesamtnutzung (Fichte) > 2%, Fichtenanteil > 75%

23 Ökologische Ansprüche: Wärme: 0 C Kältetod von Entwicklungsstadien C Schwärmbeginn der Imagines 30 C Schwärmende der Imagines C Hitzetod Bestand: Trockenstress der Wirtsbäume geringe Abwehr Alter Jahre BHD > 30 cm Kronenansatz d > 14 cm Standortswahl: erhöhte Trockenstress-Disposition auf trockenen und mäßig trockenen, wechselfeuchten bzw. wechseltrocken oder staunassen Standorten Bestandesklima: Einfluss der Wirtschaftsführung auf die Gefährdung durch den Buchdrucker Erwärmung durch dichte Erschließung von Altbeständen, Spätlichtungen und fortgeschrittene Zielstärkennutzungen Bruttaugliches Material: Zopf > 14 cm, unbehandelte Polter und verzögerte Holzabfuhr, Lebendkonservierung nach Kalamitäten, ungeschützte, aufgerissene Bestandesränder

24 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Gliederung: 1. Ökologische Grundlagen 2. Herausforderung Klimawandel 3. Behandlung der Fichte 4. Schlussfolgerungen

25 Altersklassenverteilung Fichten/Tannen-Bestände in Schleswig-Holstein (Quelle: BWI 2) 14 Fläche [1000 ha] bis > 160 Jahre

26 Waldbauregionen in Schleswig-Holstein WR Nordwest + Südwest nur noch in Mischung auf vorratsfrischen bis nachhaltig frischen Standorten WR Ost ggf. in kleinflächiger Beimischung aus betriebswirtschaftlicher und waldästhetischer Sicht WR Südost kein weiterer Anbau NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

27 Waldbauliche Ausgangssituationen 1. Bereits heute nicht standortsgemäße Fichtenbestockung: Standortverhältnisse: trocken bis mäßig trocken, mäßiger bis starker Wasserüberschuss Maßnahmen: mäßig starke, häufig wiederkehrende Niederdurchforstungen Erhalt bzw. Förderung von Mischbaumarten Absenkung der Zielstärke und des Produktionszeitraumes (h 100 < 26 m, BHD < 35 cm, U < 80 J.) flächige bzw. saumweise Endnutzung Ausnutzung von größeren Störungslöchern (> 0,3 ha) für Voranbauten, Baumartenwechsel über Neukulturen, keine Übernahme von Fi-NV NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

28 Käferschäden und Durchforstungsart Fichten-Durchforstungsversuch Göhrde 65j im Alter 48 Jahre Käferholz verbleibender Bestand < < 7 starke Niederdurchforstung < 7 Lichtung starke Hochdurchforstung NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

29 Waldbauliche Ausgangssituationen 2. Künftig nicht mehr standortsgemäße Fichtenbestockung: Standortsverhältnisse: mäßig frische und wechselfeuchte Standorte Maßnahmen: starke Hdf. bis h 100 = 20 m, Übergang zur mäßigen Ndf. bis h 100 = 26 m Erhalt bzw. Förderung von Mischbaumarten Absenkung der Zielstärke und des Produktionszeitraumes (h100 < 28 m, BHD < 40 cm, U < 80 J.) zunächst Zielstärkennutzung (bis B 0,6), dann saumweise Endnutzung Baumartenwechsel über Voranbau mit Integration geringer Fichtenanteile 3. Standortsgemäße Fichtenbestockung: NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

30 Waldbauliche Ausgangssituationen 3. Standortsgemäße Fichtenbestockung: Standortsverhältnisse: frische und vorratsfrische Standorte Entscheidungshilfen für Fichten-Naturverjüngungen Vortrag Hendrik Rumpf kein Eingriff Stammzahlreduktion Ausleseläuterung Foto: A. ALBRECHT 2007 Foto: A. ALBRECHT 2007

31 Einfluss der Verbandsweite auf verschiedene Bestandesmerkmale Merkmal Verbandsweite eng weit Mortalität Höhe BHD h/d-wert Kronenprozent Aststärke

32 Einfluss der Verbandsweite auf verschiedene Bestandesmerkmale Merkmal Verbandsweite eng weit Mortalität Freifläche: Stck/ha Höhe 2,5 x 2 m, 3 x 1,5 m, 2,5 x 1,25 m, 3 x 1 m BHD h/d-wert Kronenprozent Aststärke

33 max. Astdurchmesser [mm] geschätzter Astdurchmeser (lebend) geschätzter Astdurchmeser (tot) gemessener Astdurchmesser in 2 m Höhe Beispielbaum 1 Beispielbaum 2 Beispielbaum 3 2,5 x 1,25 m Grünenplan 66 j Klonfichten-Verbandsversuch Aststärkenentwicklung (Schmidt 2003) Tiefe in der Krone [dm] max. Astdurchmesser [mm] geschätzter Astdurchmeser (lebend) geschätzter Astdurchmeser (tot) gemessener Astdurchmesser in 2 m Höhe Beispielbaum 1 Beispielbaum 2 Beispielbaum 3 5 x 5 m Tiefe in der Krone [dm]

34 Einfluss des Pflanzverbandes auf die Gesamtwuchsleistung der Fichte Fichtenverbandsversuch Lauterberg 2051 / NLP Harz 482, Alter 46 Jahre Vorratsfestmeter VB2004 Summe VN Verband N / ha 3 x 3 m 2,5 x 2,5 m 2 x 2 m 3 x 1 m 2 x 1,5 m 1,5 x 1,5 m

35 LZ / DGZ (m³/a/ha) Zuwachsverhalten (iv) der Fichte - nach der Ertragstafelsammlung Schober 1987, I. Ekl Alter Fi-LZ Fi-DGZ 200 NW-FVA Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt

36 Stammzahlentwicklung Fichten- Df.-Versuch Paderborn 990 (Blome 2011) Grundflächenentwicklung

37 Durchmesserentwicklung dg Fichten- Df.-Versuch Paderborn 990 (Blome 2011) Durchmesserentwicklung d100

38 Periodische Durchmesserzuwächse bei Fichte Fichten- Durchforstungsversuch Paderborn Schnellwuchs 70 5-jähriger Durchmesserzuwachs (mm) Aufnahme 1 Alter 23 Aufnahme 8 Alter 54 Aufnahme 16 Alter BHD (cm)

39 Fichten-Durchforstungsversuch Paderborn 990 Sortenertrag im Alter 89 Schwache Niederdurchforstung Schnellwuchs [Efm. o. Ri.] schw. Ndf. VB: 638 [Efm. o. Ri.] AB: 213 [Efm. o. Ri.] RH: 44 [Efm. o. Ri.] GWL: 895 [Efm. o. Ri.] [Efm. o. Ri.] Schnellwuchs VB: 752 [Efm. o. Ri.] AB: 260 [Efm. o. Ri.] RH: 29 [Efm. o. Ri.] GWL: 1041 [Efm. o. Ri.] Summe (RestDerb.) Summe ausscheidend verbleibender Bestand L1b L2a L2b L3a L3b L4a L1a (Abs.) L1b (Abs.) Summe (RestDerb.) L1b L2a L2b L3a L3b L4a L1a (Abs.) L1b (Abs.) Summe (RestDerb.)

40 Bestandespflege: Einzelbaum- versus Flächenproduktivität Paderborn Fichte : Alter=28; Dg=11,6cm; Hg=11,4m; G=30,9m²/ha; II.Ekl.; Kr%= Z-Bäume/ha, s. st. Adf. sehr starke Freistellung (A=4,0) Dg-Z=16,9 cm; Hg-Z=14,0m 250 Z-Bäume/ha, st. Hdf. starke Freistellung (A=5.5) Dg-Z = 15,6 cm; Hg-Z = 13,4m

41 Bestandespflege: Einzelbaum- versus Flächenproduktivität Paderborn Fichte : Nach 40 Jahren Simulation mit BWINPro 100 Z-Bäume/ha, s. st. Adf. Vornutzung = 174 m³/ha Verbl. Bestand = 702 m³/ha GWL = 876 m³/ha Vorrat-Z-Bäume = 150 m³/ha 250 Z-Bäume/ha, st. Hdf. Vornutzung = 312 m³/ha Verbl. Bestand = 633 m³/ha GWL = 935 m³/ha Vorrat-Z-Bäume = 334 m³/ha

42 Sorten- und Wertertrag nach 40 Jahren Simulation Z-Bäume/ha, s. st. Adf. 250 Z-Bäume/ha, st. Hdf Vornutzungen 250 Vornutzungen Menge [E fm/ha] Füllbestand Z-Bäume restl.sth [Efm/ha] Z-Bäume Erdst.stück Menge (Efm/ha) Füllbestand Z-Bäume restl. STH [Efm/ha] Z-Bäume Erdst.stück IN L1a L1b L2a L2b L3a L3b L4 Sorten Gesamterlös: /ha 0 IN L1a L1b L2a L2b L3a L3b L4 Sorten Gesamterlös: /ha S ortiervorgaben S tammholz: LKW-Transportlänge = 18 m Minde s tzopf: 12 c m o.r. Mindestlänge: 10 m Industrieholz: Mindestlänge: 3 m Mindestzopf: 12 cm o.r. Güteklasse Anteil [%] A B 73 C 15 CGW 3 CGW-A 9

43 Alter 23 N = 1121/ha Paderborn 990: Schnellwuchs Durchmesserverteilungen Alter 58 N = 326/ha Alter 89 N = 273/ha

44 Vergleich der Produktion zielstarken Holzes bei Einzelbaum- und Bestandeswirtschaft 200% Bestandeswirtschaft = 100 % Fi Bu Dgl Ki Ei N / (ha) V / (Fm/ha) v / (Fm)

45 Eintrittswahrscheinlichkeit für Sturmschäden in Fichtenbeständen verschiedener Risikoklassen in Abhängigkeit von der Oberhöhe (König 1995)

46 Veränderung der Sturmschadenswahrscheinlichkeit durch Öffnung des Kronendaches (König 1995) - Risikoklasse 2 durchschnittlich, Risikoklasse 3 unterdurchschnittlich -

47 Wuchsbezirk Höhenlage Geländeform Hoher Solling ca. 500 m Plateau, bzw. schw. nach SW Dauer Vz. [Tage] 155 Temp. Jahr / Vz. [ C] 6,5 / 12,1 Niederschl. Jahr / Vz. [mm] Standort 1050 / 470 Pseudovergleyte Braunerde bzw. Pseudogley aus Buntsandsteinverwitter ung mit mehr oder weniger starken Lößüberlagerungen, allgemein tiefgründig, im tieferen Untergrund teilweise stark tonige Schichten Bestand bei Versuchsbeginn 90j. bzw. 104j. Fi-Baumholz, rein Versuchsvarianten: Altbestand (je 2-fach wiederholt) Kahlschlag Kontrolle (Nullflä.) Saumschlag Zielstärkennutzung Hiebsformenvergleich Neuhaus 2146 / 2149

48 Vorratsentwicklung im Hiebsformenvergleich ,6 16,1 Neuhaus 2146 / 2149 Kalamitätsnutzung Endnutzung verbleibend Efm/ha ,5 151, , ,2 155,5 7 56, B 1,19 B 1,34 B 1,08 B 1,16 B 0, B 0,48 B 0,70 B 0,47 B 0,80 B 0,73 B 0,82 B 0,75 Parz. 4 Parz. 1 Parz. 6 Parz. 2 Parz. 6 (Z) Parz. 2 (Z) Nullfläche Saumschlag Zielstärkennutzung

49 Beleuchtungsverhältnisse im Hiebsformenvergleich Neuhaus 2146 / (95% CI) DIFFSF in % Kahlschlag Außensaum Innen- Hiebsform saum Ziel- ZSN stärken- nutzung Nullfläche

50 Pflanzenhöhen im Hiebsformenvergleich Bu Alter 7, Dgl. Alter 6 - Neuhaus 2146 / Baumart Bu Dgl (95% CI) Höhe in cm KahlOst Kahl- Schlag Mitte Null Nullfläche KahlWest Kahl- Schlag Rand Außen Innen Außensaum Hiebsform Innensaum ZSN Zielstärkennutzung

51 Nitrataustrag bei unterschiedlichen Hiebsformen Neuhaus 2146 / (KLINCK u. MEIWES 2007) (kg/ha/a) Nitrat-Stickstoff Bestand Kleinkahlschlag Zielstärkennutzung

52 Waldbauliche Ausgangssituationen 3. Standortsgemäße Fichtenbestockung: Standortsverhältnisse: frische und vorratsfrische Standorte Maßnahmen: Erschließung bei h100 = m Erstdurchforstung bei h100 = m, st. Hdf. mit Z-Bäume/ha starke Hdf. bis h 100 = 20 m, Übergang zur mäß. Hdf. bis h 100 = 28m Erhalt bzw. Förderung von Mischbaumarten Zielstärkennutzung, 2-3 x Jhrz. mit bis zu Efm/ha/Eingriff - wenig Zielstärke: zeitlich gestrecktes Vorgehen, Übernahme von NV - starkholzreich: erst 2 3 Zielstärkennutzungen -B 0,5, Übergang zur saumweisen Endnutzung Integration von Mischbaumarten in die Verjüngung

53 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Gliederung: 1. Ökologische Grundlagen 2. Herausforderung Klimawandel 3. Behandlung der Fichte 4. Schlussfolgerungen

54 Schlussfolgerungen Die Fichte bleibt in den nächsten Jahrzehnten ein wichtiger Brotbaum der Forstwirtschaft in Schleswig-Holstein. Die Fichte ist an die zu erwartenden Klimaänderungen nicht gut angepasst. Sie wird mittel- bis langfristig an Bedeutung verlieren. Die Waldbehandlung muss sich an dem zu erwartenden Trockenstressrisiko orientieren. Die anderen biotischen und abiotischen Gefahren lassen sich waldbaulich beeinflussen. Zur Risikoverteilung sollte die Fichte vermehrt in Mischung mit anderen Baumarten angebaut werden. Fichtenbestände lassen sich nur in der Jugend wirksam formen (gestaffelte Durchforstung). Die Zielstärkennutzung ist für die Fichte nur bedingt eine geeignete Hiebsform.

55 Entscheidungshilfen zur Bewirtschaftung der Fichte von Hermann Spellmann Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!