Succession in a protection forest after Picea abies die-back : Dissertation, ETH Zürich

Zürich

2003

238 S.

Ill., zahlr. Lit. Ang.

Monographie

16389

164693

Der Sturm 'Vivian' vom Februar 1990 traf weite Teile von Westeuropa und warf rund 4.9 Mio. m3 Holz im Schweizer Wald. Das viele liegen gebliebene Holz bot gutes Brutmaterial für den Buchdrucker (Ips typographus) und führte zu einer Buchdrucker-Massenvermehrung in Fichtenwäldern (Picea abies (L.) Karst.). Man wusste aber nur wenig über die Entwicklung des Baumzerfalls, der Bodenvegetation und der Baumverjüngung in Totholzbeständen. Es stellten sich deshalb die folgenden zwei Fragen: Wie lange können stehende tote Bäume, Strünke und Baumstämme vor Naturgefahren wie Waldlawinen und Steinschlägen schützen? Wie entwickelt sich die Baumverjüngung in solchen Totholzbeständen, und wie lange dauert es, bis ein schutzwirksamer Wald herangewachsen ist? Für die Beantwortung dieser Fragen wurden Felduntersuchungen und dynamische Modellierung genutzt. Als Studienobjekt wurden die Totholzbestände im Gandbergwald, Kanton Glarus, gewählt (ca. 30 ha). Dieser steile Gebirgshang ist ein potenzielles Anrissgebiet von Steinschlägen und Waldlawinen. Er hat jedoch keine direkte Schutzfunktion, da keine Dörfer oder andere Infrastrukturanlagen unterhalb des Waldes liegen. Anhand von Felderhebungen wurde die Entwicklung der Totholzbestände in den ersten 8 Jahren nach dem Absterben der Fichten untersucht, und mit einem neu entwickelten Modell wurde die zukünftige Bestandesentwicklung simuliert. Seit 1994 war die Deckung der Vegetation und die Dichte der natürlichen Baumverjüngung jährlich in 24 1 m x 1 m grossen Dauerflächen aufgenommen worden. Zusätzlich wurde im Jahre 2000 entlang von 4 horizontalen Streifentransekten (5 m breit und 100-160 m lang) in der montanen (1200-1450 m ü.M.) und subalpinen (1450-1600 m Ü.M.) Höhenstufe die Häufigkeit von Kleinstandortstypen geschätzt. Mittels Vollkluppierung wurden die stehenden toten Bäume, die Strünke und das liegende Holz ebenfalls in diesen Streifentransekten vermessen. Die Distanz der liegenden Baumstämme zum Boden wurde im Jahre 2001 an Schnittpunkten mit 128 Linien von je 10 m Länge gemessen. Im Sommer 2000 waren 75% der toten Bäume gebrochen, aber keine waren entwurzelt worden. Die Baumstämme befanden sich durchschnittlich 85 cm über dem Boden und waren ineinander verkeilt. Die Fallrichtung der toten Bäume konnte auch an diesem steilen Hang mit den vorherrschenden Windrichtungen erklärt werden. Aufgrund dieser Resultate und einem Vergleich mit Windwurfflächen ergab sich, dass die liegenden Stämme und Strünke während ca. 30 Jahren vor Naturgefahren schützen dürften. In der montanen Höhenstufe entwickelte sich die Bodenvegetation des Labkraut-Tannen-Fichtenwaldes in den ersten Jahren nach dem Absterben der Fichten zu einem üppigen Himbeergestrüpp. In der subalpinen Höhenstufe dominierten hingegen weiterhin Farne, Calamagrostis villosa und Polytrichum formosum die Bodenvegetation der Assoziation Alpenlattich-Fichtenwald mit Heidelbeere. In den Beständen war keine Vorverjüngung vorhanden. Rund 3 Fichten m-2 keimten im Jahre 1994. Die jährliche Mortalitätsrate dieser natürlichen Fichtensämlinge und des Anwuchses lag konstant bei ungefähr 25%, wahrscheinlich infolge der zunehmenden Konkurrenz durch Bodenvegetation. Im Jahr 2001 war fast gleich viel Verjüngung von Acer pseudoplatanus (0.58 m-2) vorhanden wie Fichten, dagegen waren Betula pendula (0.29 m-2), Sorbus aucuparia (0.16 m-2) und Salix caprea (0.04 m-2) selten. Die Baumverjüngung war noch sehr klein (ca. 15 cm hoch), mit Ausnahme einiger Birken (ca. 2 m). Ein neues Modell der Wiederbewaldung von Totholzbeständen (,RegSnag') wurde entwickelt. Das Modell simuliert die jährliche Dichte und die Höhe der 4 Baumarten Fichte, Birke, Vogelbeere und Bergahom mit Hilfe von 8 Höhenklassen (<10 cm, 10.1-20, 20.1-40, 40.1-70, 70.1-130, 130.1-250, 250.1-500, >500 cm) verteilt auf 26 Kleinstandortstypen (z.B. Himbeergestrüpp, Moderholz, mit Moosen bewachsener Blockschutt). Da sich im Laufe der Sukzession die Häufigkeit der Kleinstandortstypen ändert, umfasst das Modell nicht nur die Baumverjüngung, sondern auch die Zerfallsdynamik und die Vegetationsentwicklung (modifiziertes Matrizen-Modell). Die Modellparameter wurden mit Hilfe der Resultate aus den Felderhebungen sowie anhand von Werten aus der Literatur geschätzt. Für die Modellvalidierung wurde die Häufigkeit der Kleinstandorte im Jahre 2001 entlang der 128 Linien aufgenommen ('Linien-Abschnitt-Methode'), und die Baumverjüngung wurde in 2 m breiten Streifentransekten um diese Linien herum gezählt. Ausgehend vom Bestand vor dem Buchdruckerbefall konnte mit Hilfe des Modells die Häufigkeit der Kleinstandortstypen, sowie die Dichte und Höhe der Baumverjüngung während den ersten 8 Jahren nach dem Absterben der Fichten, gut simuliert werden. Die im Feld beobachteten Verjüngungsdichten und gemessenen Höhen wurden bei den Simulationen dann am genauesten abgebildet, wenn Keimungs-, Wachstums- und Mortalitätsraten im Modell kleinstandortspezifisch geschätzt waren. Die Verfügbarkeit von Samen und der Wildverbiss beeinflussten Dichte und Höhe der Baumverjüngung stark. Langzeitsimulationen ergaben, dass Fichten die heutige Vegetation ablösen werden und nicht Birken, Vogelbeeren oder Bergahorne. Von den Fichten, die im Jahre 1994 und 1996 gekeimt waren, erreichen laut Modellberechnungen in der montanen Höhenstufe nur ca. 330 Stück ha-1 nach rund 35 Jahren eine Höhe von 5 m. Dies ist bedingt durch den sehr hohen Wildverbiss. In der subalpinen Stufe erreichen dagegen ca. 930 Fichten ha-1 nach 30 Jahren eine Höhe von 5 m. Diese Dichte dürfte für einen effizienten Schutz vor Lawinenanrissen und eventuell auch vor Steinschlag genügen. Die Simulationsresultate deuten zusammen mit den Resultaten des Totholzzerfalls darauf hin, dass die Schutzwirkung des Gandbergwaldes zuerst durch die Strünke und liegenden Stämme gewährleistet wird, danach durch das Totholz und die aufkommenden Fichten und später nur noch durch die neuen Fichten. Die Studie zeigt, dass ungeräumte Totholzbestände in steilen Gebirgslagen über mehrere Jahrzehnte vor Naturgefahren schützen können, sofern der Wildverbiss nicht zu hoch ist. Das Belassen von Totholzbeständen ist deshalb eine prüfenswerte Management-Option.