Zuwachs, Bestandesstruktur und Einzelbaummorphologie von Kiefer und Fichte im Rein- und Mischbestand

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1 Zuwachs, Bestandesstruktur und Einzelbaummorphologie von Kiefer und Fichte im Rein- und Mischbestand - Untersuchung auf temporären Versuchsflächen entlang eines ökologischen Gradienten - Klaas Wellhausen Forstliche Arbeitstagung Die Kiefer in Bayern: Auslauf- oder Zukunftsmodell? am in Rohrbach a. d. Ilm

2 Fragestellung und Datengrundlage Gesamtprojekt W40 Fragenkomplex zum Wachstum von Kiefer und Fichte im Rein- und Mischbestand Konkurrenzrelation (Höhe, Krone) Produktivitätsrelation Klima-/Witterungssensitivität Verfügbare Datengrundlagen (Langfristige Versuchsflächen) Temporäre Versuchsflächen ( Tripletts ) Permanente Stichprobeninventur im Bayerischen Staatswald Bundeswaldinventur II (und III) 2

3 MATERIAL UND METHODEN 3

4 Material und Methoden: Triplett-Design kühl (-feucht) Gradient Kiefer Kiefer / Fichte Fichte warm (-trocken) Quelle: EUFORGEN,

5 Messprogramm: Aufnahmen im Gesamtprojekt W40 auf temporären Versuchsflächen (Tripletts) in den Jahren 2013 und 2014 Brusthöhen- und Stockdurchmesser (N 2.100) Höhen (N 1.600) Altersbestimmung Stöcke (N = 400) Kronenablotungen (N 1.700) Jahrring Brusthöhe (N 800) (Bohrspäne N 1.200, Stammscheiben N = 155) Stock- bis Gipfelhöhe (Stammscheiben N 1.000) Baumfällung und Trieblängenmessungen (N 200, mind. 5 Bäume pro Parzelle) Nadelproben (N 140) Parzellenweise BZE-konforme Bodenproben bis 1,50m Tiefe (insges. 102 Bohrungen) 5

6 ERGEBNISSE BODEN UND KLIMA 6

7 Ergebnisse: Humuszustand der temporären Versuchsflächen im Vergleich zur BZE II 7

8 Ergebnisse: Feinbodenart, Bodenreaktion und Klima der temporären Versuchsflächen im Vergleich zur BZE II W40 Versuchsflächen decken einen enges, aber für Bayern repräsentatives Spektrum der ärmeren Standorte ab Klimatisch decken die Versuchsflächen dahingegen eine weiten Bereich der bayerischen Wuchsgebiete ab. 8

9 Ergebnisse: Flächenrepräsentativität der temp. Versuchsflächen nach der Bodentypen-Klassifizierung im Bayer. Standortinfosystem (BaSIS) ha 6% der Waldfläche Waldflächen in Bayern mit vergleichen Textureigenschaften wie die temporären Kiefern-Fichten- Versuchsflächen des Projekts W40 (Sand 77,8-96,9%, Schluff 2,2-14,3%, Ton 2,2-11,4%), GIS-Abfrage aus dem digitalen Standortinformationssystem (BaSIS) (LWF, 2013) 9

10 Ergebnisse: Boden Nährelemente (Tiefenverlauf Basensättigung) Überwiegend Tiefenverlauf der Basensättigung vom Typ 4 basenarm und Typ 5 sehr basenarm, nur Standort Geisenfeld Typ 3 mittelbasisch 10

11 Ergebnisse: Boden Hauptkomponentenanalyse der Bodenährelementvorräte 11

12 ERGEBNISSE HÖHEN- UND KRONENKONKURRENZ 12

13 Ergebnisse: Höhenentwicklung der Fällungsbäume (Schaftformrekonstruktion) 128 Schaftformrekonstruktionen von herrschenden Bäumen Bis zum Alter 60 wachsen die Baumarten Kiefer und Fichte auf Augenhöhe Kiefer hat Wachstumsvorsprung in der Jugend; Fichte holt im Alter von J. auf Quelle: SPATZ, S. (2015): Vergleichende Analyse morphologischer und holzqualitätsbestimmender Merkmale in Rein- und Mischbeständen aus Fichte (Picea abies (L.) Karst) und Kiefer (Pinus sylvestris L.). Masterarbeit, Lehrstuhl für Waldwachstumskunde, Studienfakultät für Forstwissenschaft und Ressourcenmanagement, Technische Universität München 13

14 Ergebnisse: Kronendurchmesser (Kronenablotungen) als Weiser der Kronenkonkurrenz Kronendurchmesser [m] Kronendurchmesser [m] Fichte gemischt Fichte rein Kiefer gemischt Kiefer rein Durchmesser [mm] ldurchmesser [mm] Datengrundlage rund Kronenablotungen auf den temporären Versuchsflächen Signifikante Unterschiede im Kronendurchmesser zwischen Rein- und Mischbestand: Bei BHD 25cm: Fichte +40cm, Kiefer -20cm Unterschiede der Kronenlänge analog 14

15 ERGEBNISSE - VOLUMENZUWACHS 15

16 Methodik: Rekonstruktion ertragskundl. Kennwerte der Triplett-Parzellen auf Basis v. Bohrspan-/Stammscheiben- u. Trieblängenmessungen Funktion zur Ermittlung des mittleren kumulierten periodischen Durchmesserzuwachses (mm) Funktion zur Anpassung und Ermittlung von Bestandeshöhenkurven und Einzelbaumhöhen 16

17 Versuchsstandort Parzelle Fläche Aufnzeitpunkt Grund- relsdi Alter Grundfläche Mischungsanteil SDI Durchmesser Höhe Vorrat Zuwachs Baumart d fläche (fix Tripl) O d G h O h G m² Jahr Jahre m² ha -1 % N ha -1 cm m m³ ha -1 m³ ha -1 a -1 Bodenwöhr BOD Kie, (Fi) ,0 48,8 49% 51% ,3 28,4 27,0 25,2 276,1 537,6 6,5 15,7 (Kie), Fi ,8 51% 49% ,7 19,7 26,7 20,0 261,5 9,2 Fi , ,9 24,3 28,2 24,7 537,7 22,3 Ki , ,7 25,6 25,3 24,0 393,8 10,9 Allersberg ALB Kie, (Fi) ,4 43,8 51% 55% ,7 26,3 23,5 21,9 224,9 425,8 6,6 12,6 (Kie), Fi ,4 49% 45% ,0 16,9 24,6 18,5 200,9 6,0 Fi , ,7 23,3 27,2 22,5 547,5 17,0 Ki , ,6 26,4 25,0 24,0 439,8 12,0 Selb SEL Kie, (Fi) ,7 51,5 52% 59% ,2 30,8 31,1 28,1 343,0 626,2 9,1 19,3 (Kie), Fi ,8 48% 41% ,4 22,8 29,6 21,3 283,2 10,1 Fi , ,3 26,8 30,8 27,7 701,1 17,2 Ki , ,7 27,5 28,2 25,9 514,1 14,2 Weiden WEI Kie, (Fi) ,8 49,4 46% 48% ,7 30,7 26,4 25,6 266,4 552,1 8,3 20,4 (Kie), Fi ,6 54% 52% ,9 19,8 29,1 19,9 285,6 12,2 Fi , ,1 29,9 27,9 24,2 534,6 17,1 Ki , ,3 27,7 25,9 25,3 529,0 17,9 Alzenau ALZ Kie, (Fi) ,9 50,5 35% 38% ,2 30,9 29,7 28,2 228,5 641,8 5,5 16,1 (Kie), Fi ,6 65% 62% ,4 26,0 30,9 25,5 413,2 10,6 Fi , ,6 20,2 27,5 22,9 485,4 19,7 Ki , ,7 33,0 28,9 26,5 490,2 13,4 Geisenfeld GEI Kie, (Fi) ,1 63,8 39% 40% ,1 36,2 32,3 31,0 354,4 875,4 10,3 28,4 (Kie), Fi ,7 61% 60% ,8 26,9 33,2 26,7 521,1 18,1 Fi , ,0 32,7 31,4 29,2 855,6 20,3 Ki , ,9 33,7 29,8 29,2 668,2 21,9 Unterlüß ULÜ Kie, (Fi) ,0 44,7 40% 46% ,4 25,7 23,8 22,9 186,8 471,0 5,2 12,7 (Kie), Fi ,7 60% 54% ,2 21,3 25,2 21,4 284,1 7,5 Fi , ,1 19,3 23,9 20,0 543,9 15,0 Ki , ,2 27,5 23,2 22,3 475,1 13,5 Schrobenhs. SRO Kie, (Fi) ,4 58,3 43% 43% ,8 25,2 26,4 25,3 287,5 678,4 7,6 21,7 (Kie), Fi ,9 57% 57% ,0 17,7 30,9 22,6 391,0 14,1 Fi , ,7 30,4 35,1 30,6 933,1 24,8 Ki , ,8 26,4 29,4 27,8 648,9 19,7 17

18 Methodik und Ergebnisse: Volumenzuwachs Relative Produktivität rel. Produktivität 1.4 Gesamt Vergleich des realen Mischbestands mit einem rechnerischen Mischbestand Rechnerischer Mischbestand ist das mit den Mischungsanteilen gewichtete Mittel der korrespondierenden Reinbestände Mischungsanteil Kiefer Reale Mischbestände zeigen im Gegensatz zu den rechnerischen Mischbeständen Mehrzuwachs von etwa 5,0% (0,8 m 3 ha -1 a -1 ) 0 18

19 Ergebnisse: Volumenzuwachs Relative Produktivität rel. Produktivität rel. Produktivität 1.4 Fichte Kiefer Mischungsanteil Kiefer Mischungsanteil Kiefer Mehrzuwachs im Mischbestand wird im wesentlich von der Baumart Fichte getragen (+3,8% bzw. 0,8 m 3 ha -1 a -1 ) Kiefer nur +1,2% 0 19

20 Ergebnisse: Volumenzuwachs und Struktur Vergleich Stand-Density-Index (SDI) nach REINEKE sdi [n ha 1 ] +40% +20% +/- 0% sdi [n ha 1 ] +40% +20% +/- 0% sdi [n ha 1 ] +40% +20% +/- 0% 1400 Misch beobachtet Gesamt 1400 Misch beobachtet Fichte 1400 Misch beobachtet Kiefer % % % % % -40% Misch erwartet 200 Misch erwartet 200 Misch erwartet sdi [n ha 1 ] sdi [n ha 1 ] sdi [n ha 1 ] Stand-Density-Index (SDI): gibt die Stammzahl je Hektar an, normiert auf einen mittlerem Durchmesser (d G ) von 25 cm Kiefer erwartungsgemäß geringerer SDI als Fichte Mischbestands-SDI trotz Kiefern-Beteiligung vergleichbar mit Fichten-Reinbeständen Grund: Fichte erreicht in Mischbeständen höhere Stammzahlen (SDI) (+ 17,9% ) 20

21 Ergebnisse: Volumenzuwachs und Struktur Vergleich Einzelbaumzuwachs und Konkurrenz Volumenzuwachs Einzelbaum iv [m 3 a 1 ] Volumenzuwachs Einzelbaum iv [m 3 a 1 ] 0.15 Fichte 0.15 Kiefer Lokale Konkurrenz 0% Kiefer 50% Kiefer 100% Kiefer 0.00 Lokale Konkurrenz 0% Fichte 50% Fichte 100% Fichte Volumen Einzelbaum v [m 3 ] Volumen Einzelbaum v [m 3 ] Einzelbaumzuwachs der Fichte bei mittlerem Baumvolumen von 1,0 m 3 und 50%-iger Kiefernbeimischung in der Nachbarschaft um 18,5 % erhöht Kiefer -7,1% 21

22 ERGEBNISSE ZUWACHS UND WITTERUNG 22

23 Ergebnisse: Langfristiger Durchmesser-/Grundflächenzuwachs der Bohrungsbäume (Bohrspäne/Stammscheiben) 23

24 Ergebnisse: Indexierter Durchmesserzuwachs der Bohrungsbäume und klimatische Wasserbilanz der Versuchsflächen in der Vegetationszeit

25 Ergebnisse: Allgemeiner Zusammenhang zwischen indexiertem Durchmesserzuwachs und Witterung (klimatische Wasserbilanz) Durchmesserzuwachs Index = f( KWB VegZeit : Baumart + Zufallseffekt b + Ɛ) 1976: -211mm Fichte N = (Jahrringe) 2003: -260mm : -86mm 1947: -318mm Kiefer N = (Jahrringe) 25

26 Ergebnisse: Analyse von Trockenjahren Anzahl von Bohrungsbäumen in den Trockenjahren von 1947 bis

27 Ergebnisse: Erforderl. Anzahl an Jahren bis zum Erreichen des vorherigen Zuwachsniveaus (Erholung) nach den Trockenjahren von 1947 bis 2003 Das Gesamtkollektiv braucht durchschnittlich 2,3 Jahre um sich von den einzelnen Trockenereignissen zu erholen Deutliche Baumartenunterschiede: Kiefer 2,0 Jahre Fichte 2,5 Jahre 27

28 Ergebnisse: Trendbereinigter Grundflächenzuwachs in den Trockenjahren von 1947 bis 2003 und den zwei darauffolgenden Verlustjahren 28

29 Ergebnisse: Relativer und absoluter Zuwachsverlust in den Trockenjahren von 1947 bis 2003 und den darauffolgenden Verlustjahren Signifikante Unterschiede zwischen den Baumarten Kiefer und Fichte Rein- und Mischbestände unterscheiden sich nur bei Fichte Signifikante Unterschiede nur mit Blick auf den Zuwachsverlust in den Fichtenreinbeständen 29

30 Ergebnisse: Relativer und absoluter Zuwachsverlust der Fichte in den Trockenjahren von 1947 bis 2003 und den darauffolgenden Verlustjahren Signifikante Unterschiede zwischen Ober- und Unterstand sowohl im Misch- als auch im Reinbestand 30

31 Ergebnisse: Größenabhängiger absoluter Zuwachsverlust im Trockenjahr 2003 und in den darauffolgenden Verlustjahren 31

32 Ergebnisse: Im Trockenjahr 2003 und den folgenden zwei Verlustjahren durchschnittlicher Rückgang des Grundflächenzuwachses in den Fichtenreinbeständen um 0,80 m 2 ha -1 Im Mischbestand zeigt die Baumart Fichte einen deutlich geringeren Zuwachsverlust (0,44 m 2 ha -1 ) Kiefer zeigt nur geringen Zuwachsverlust von durchschnittlich etwa 0,14 m 2 ha -1, dort kein signifikanter Unterschied zwischen Rein- und Mischbestand Mischbestand puffert starken Zuwachseinbruch der Fichte ab (0,28 m 2 ha -1 ) 32

33 FAZIT UND AUSBLICK 33

34 Fazit Untersuchtes Standortspektrum stellt den ärmeren Rand der Kiefern- Fichten-Mischbestände in Bayern dar (bis auf GEI) Weitestgehend ausgeglichene Höhen- und Kronenkonkurrenz zwischen Kiefer und Fichte; Fichte im Höhenwachstum bis Alter etwas unterlegen; Kiefer verliert dahingegen bis zum Alter 70 etwas an Kronenraum Messbarer relativer Mehrzuwachs im Mischbestand, der im Wesentlichen von der Fichte getragen wird mehr Bäume und mehr Einzelbaumzuwachs Fichte reagiert im Vergleich zu Kiefer erwartungsgemäß sensibler auf Wasserlimitierung durch Trockenheit und braucht auch länger um sich zu erholen, insbesondere im Reinbestand Unter- und zwischenständige Fichten reagieren offenbar weniger sensibel auf Trockenheit Insgesamt können Kiefern-Fichten-Mischbestände helfen Zuwachsverluste wie im Fichten Reinbestand abzupuffern 34

35 Dank Prof. Hans Pretzsch, TUM Wissenschaftliche Betreuung und Projektleitung Michael Heym, TUM Datenaufbereitung und -auswertung Dr. Peter Biber, TUM Auswertung und Statistik Gerhard Schütze, TUM Jahrringanalytik Dr. Christian Zang, TUM Beratung Jahrringanalytik Dr. Elke Dietz, Alfred Schubert, Dr. Ulrich Stetter, Dr. Charles Mellert, Dr. Wendelin Weis, LWF Dr. Uwe Blum, Sandra Egger, LWF Labor Pflanze/Boden Bodenkundliche- und Waldernährungskundliche Beratung Stud./Wiss. Hilfskräfte Sebastian Spatz, Vitalii Korol, Katharina Messerer, Torben Hansen, Anna Däullary, Markus Strack, Sascha Bahlinger, Carmen Kellermann, Sandra Anselment, Klaus Warger, Julia Kemmerer, Maike Cremer, Max Waldvogel, Günther Wellhausen Axel Noltensmeier, Ralf-Volker Nagel Beratung und Unterstützung bei der Flächenanlage in Niedersachsen Bayerische Forstverwaltung Projektförderung Bayerische Staatsforsten Flächen- und Inventurdatenbereitstellung sowie personelle Unterstützung Niedersächsische Landesforsten Flächenbereitstellung und personelle Unterstützung Landwirtschaftskammer Niedersachsen Personelle Unterstützung Privatforstbetrieb Dickow Unterlüß/Lutterloh Flächenbereitstellung Stadt Alzenau Flächenbereitstellung und personelle Unterstützung Stadt Alzenau 35

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 36