Projekt Baumstabilität

Welche Schutzwirksamkeit bieten Waldbestände gegen Naturgefahren?

KontaKt:

• Axel Volkwein
  

Der volkswirtschaftliche Nutzen der Schutzfunktion von Gebirgswäldern wird in der Schweiz jährlich mit mehreren Milliarden Schweizer Franken beziffert. Doch welchen mechanischen Widerstand kann ein Bestand Naturgefahren wie Wind, Steinschlag oder Lawinen tatsächlich entgegenhalten? Das Team Baumstabilität am SLF geht dieser Fragestellung auf den Grund.

Unsere Ziele sind...

• ein intensives Verständnis der mechanischen Stabilität von Waldbeständen gegen Naturgefahren wie Wind, Steinschlag und Lawinen, wie auch Erosion, Murgang und Wasserabfluss, aufzubauen und stetig zu erweitern.
• mechanische und physiologische Stabilitätskriterien in ihrem zeitlichen und räumlichen Zusammenhang unter variablen Standortsbedingungen zu verknüpfen.
• Pflegemassnahmen zur mechanischen Bestandsstabilisierung unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Aspekte zu erarbeiten.

    Prozessbild:  Waldbestände in ihrer Interaktion mit Naturgefahren

Konzept / "Roter Faden"

Die aufeinander folgende Durchführung mehrerer sich ergänzender Versuche an ein und dem selben Baum liefert ein Maximum an Informationen . Einige der Bäume werden hierbei bis hin zum Bruch (Umzieh- oder Anprallversuch) beansprucht. Die gewonnenen Daten stützen die parallele Entwicklung eines Einzelbaummodells, welches zukünftig hilft auch andere Baumgeometrien und Einwirkungsgrössen zu simulieren. Eine kontinuierlich erweiterte Datenbank verknüpft mechanische mit biologischen Eigenschaften der Bäume, sowie standortbedingten Einflüssen.
In einem Matrixmodell werden Ergebnisse des Einzelbaummodells implementiert, sowie GIS- und Remote-Sensing-Daten (Luftbildanalysen) kombiniert, um Waldbestände in ihrer Interaktion mit verschiedenen Naturgefahren zu simulieren.
Die Ergebnisse aus der Bestandesmodellierung einschliesslich Sensitivitätsanalysen ermöglichen eine Beurteilung der Schutzwirksamkeit unterschiedlicher Bestände. Welches sind die Schwachstellen? Wie kann die Stabilität optimiert werden? Diese und andere Fragen sollen mit den neu entwickelten Werkzeugen beantwortet und in praxisorientierte Empfehlungen umgesetzt werden.

Methoden

Wissenslücken werden in einer parallelen und gekoppelten Projektentwicklung gefüllt. Hierbei werden Resultate aus Feldtests, Laboruntersuchungen, Modellierung und Analysen von Schadensereignissen kombiniert:

Methodendetails (englisch)

Local impacts in laboratory
In situ impacts
Material properties tests
Tree dynamics / Interaction wind - tree
Root soil stiffness and strength
Numerical modelling

Mitarbeiter

Tor Lundström
Andrea Fötzki
Holger Simon
Matthias Kalberer
Martin Jonsson

Publikationen

• Lundström T, Jonas T, Volkwein A. 2008. Analysing the mechanical performance and growth adaptation of Norway spruce using a nonlinear finite-element model and experimental data. J. Exp. Bot. 59, 2513-2528.
  http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/reprint/59/9/2513
• Lundström, T., M. Stoffel and V. Stöckli. 2008 Fresh-stem bending of silver fir and Norway spruce. Tree Physiol. 28: 355–366. Published online January 2, 2008;
  http://heronpublishing.com/tree/contents/volume28.3.html.
  
• Lundström T, Jonsson MJ, Kalberer M. 2007. The root-soil system of Norway spruce subjected to turning moment: resistance as a function of rotation. Plant and Soil 300: 35-49.
  http://www.springerlink.com/content/2vw5r6858213x3u3/
• Lundström, T., U. Heiz, M. Stoffel and V. Stöckli. 2007. Fresh-wood bending: linking the mechanical and growth properties of a Norway spruce stem. Tree Physiol. 27:1229-1241.
  http://heronpublishing.com/tree/contents/volume27.9.html.
  
• Lundström, T., T. Jonas, V. Stöckli and W. Ammann. 2007. Anchorage of mature conifers: resistive turning moment, root-soil plate geometry, and orientation of root growth. Tree Physiol. 27:1217-1227.
  http://heronpublishing.com/tree/contents/volume27.9.html.
  
• Jonsson, M.J., A. Foetzki, M. Kalberer, T. Lundström, W. Ammann and V. Stöckli. 2006. Root-soil rotation stiffness of Norway spruce (Picea abies L. Karst) growing on subalpine forested slopes. Plant Soil 285:267-277.
• Jonsson, M.J., A. Foetzki, M. Kalberer, T. Lundström, W. Ammann and V. Stöckli. accepted. Modal properties of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst) in subalpine forest. Trees.
• Jonsson, M.J., in prep. Energy absorption of trees and forest due to rockfall. Monogr. ETH, Zürich, xx pp.
• Kalberer, M., 2007. Quantifizierung und Optimierung der Schutzwaldleistung gegenüber Steinschlag. Monography. Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg i. Brsg., 229 pp.
• Jonas, T. and T. Lundström. 2005. STEMTRACK - digital image analysis as tool to detect the stem deflection in tree stability experiments, SLF, Davos
  

Zukünftige Produkte

    * Aktueller Schutzwert verschiedener (Gebirgswald-) bestände
    * Effiziente und praktische Beurteilungsmöglichkeiten der Stabilität
    * Nachhaltige Pflegemassnahmen zur Optimierung der Stabilität und Schutzfunktion
    * Kurse

Interessante Links zu anderen Projekten und Partnern

	finanzieller Unterstützung:Bundesamt für Bildung und Wissenschaft (BBW)
	ROCKFOR EU Steinschlagprojekt
	Forstwerkhof Davos
	Steinschlagschutzsysteme Versuchsanlage Lochezen - Typentests von Steinschlagschutzsystemen