Natürliche Dynamik von subalpinen Lawinenschutzwäldern
Zusammenfassung
Gebirgswälder schützen die Bergbevölkerung und ihre
Siedlungen und Verkehrswege vor Lawinen und anderen Naturgefahren. Vielerorts
werden diese Wälder gepflegt, um ihre Schutzfunktion zu fördern. Da der
Alpenraum immer besser erschlossen ist und der Wald im Gebirge stark zunimmt, müssen
die vorhandenen Mittel für die Schutzwaldpflege immer effizienter eingesetzt
werden. Dafür braucht es entsprechende Entscheidungsgrundlagen. Um dazu einen
wissenschaftlichen Beitrag zu leisten, haben wir die natürliche Dynamik und
Schutzwirksamkeit von dichten, seit mindestens 70 Jahren unbewirtschafteten Wäldern
im subalpinen Gebirge (ca. 1500 bis 2200 m ü. M) untersucht. Diese befinden
sich in Folge ihrer Dichte in einer Phase der starken Konkurrenz um Ressourcen,
wodurch schwächere Bäume absterben (Selbstdifferenzierungsphase). Anhand von
Zeitreihenanalysen (Schweizerisches Landesforstinventar) und Feldaufnahmen in
verschiedenen Regionen erforschten wir die Entwicklung dieser fichtendominierten
Wälder. In einem separaten Projektmodul analysierten wir zudem die
Veränderungen von offenen Waldstrukturen mit ungenügender
Lawinenschutzwirksamkeit.
Unsere Resultate zeigen, dass die Phase der
Selbstdifferenzierung in subalpinen Wäldern sehr lange dauert und dieser
Zeitraum – abhängig von unterschiedlichen Standortfaktoren – stark variieren
kann. Während der letzten 20 Jahre wurden die ohnehin schon dichten Wälder noch
dichter und der Totholzanteil hat massiv zugenommen. Bis
jetzt zeigte sich in den untersuchten Beständen jedoch kein negativer Effekt
auf die Schutzwirksamkeit. Waldgrenznahe, oft etwas offenere Wälder sind
ebenfalls dichter und schutzwirksamer geworden, allerdings laufen diese
Prozesse dort sehr langsam ab, und häufig nicht an Standorten, wo es am
dringendsten wäre, nämlich in steilen Beständen, welche häufig durch
gravitative Prozesse wie Lawinen oder Steinschlag gestört werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass natürlichen Prozessen in
subalpinen Wäldern in vielen Fällen mehr Zeit und Raum gegeben werden kann als
bisher angenommen, ohne dass sich die Schutzwirksamkeit vorerst verschlechtert. Andererseits wächst
mit der Zunahme solcher dichten Wälder im Alpenraum auch die Gefahr von
grossflächigen Störungen (va. Windwurf, Borkenkäfer), welche für die
Schutzwirksamkeit fatal sein können. Damit wird es in Zukunft noch wichtiger
sein, die Bestände dort mit geeigneten Pflegemassnahmen zu verjüngen, wo die
Gefährdung durch solche Störungen am grössten ist.
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Abb. 1: Dichter einschichtiger Fichtenbestand (Mönchalptal,
Klosters).
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Wichtigste Forschungsfragen
- Wie rasch und wie
grossflächig verlaufen natürliche Störungen in dichten und homogenen
Gebirgswäldern?
- Wie wirken sich
unterschiedliche Standortfaktoren und aktives bzw. passives Management auf
die natürliche Entwicklung solcher Bestände aus?
- Wie beeinflussen die
räumliche Verteilung und Konkurrenzbeziehungen zum jeweils nächsten Baum
die Entwicklung und entsprechend die Mortalität der Bäume?
- Wie haben sich offene,
waldgrenzennahe Waldbestände mit ungenügender Schutzwirksamkeit während
der letzten 25 Jahre verändert?
Untersuchungsgebiete und Methodik
Wir haben
die Entwicklung subalpiner Waldstrukturen mittels vier verschiedener
Datenzeitreihen analysiert:
- Aus dem
Datensatz des Schweizerischen Landesforstinventars (LFI) haben wir 395 dichte
Waldbestände untersucht, welche zwischen 1500 und 2200 m ü. M. liegen und
entweder während den letzten 20 Jahren noch genutzt oder sonst seit mindestens
50 Jahren überhaupt nicht mehr bewirtschaftet wurden. Diese Wälder weisen einen
Fichtenanteil von mindestens 80 % auf, sind etwa 100 bis 150 jährig und von
einer hohen Stammzahl bzw. Dichte geprägt (> 250 Bäume pro Hektar,
Kronendeckungsgrad 90-100%). Drei vollständige LFI-Aufnahmen (1983-85, 1993-95
und 2004-06) dieser Probeflächen konnten analysiert und bzgl. a) Basalfläche pro
Hektar, b) Stammzahl pro Hektar und c) Totholz ausgewertet werden.
- Auf Basis
dieser LFI-Aufnahmen und in Ergänzung dazu führten wir in 20 seit Jahrzehnten
unbewirtschafteten Waldflächen strukturelle und dendroökologische
(Jahrringanalysen) Felderhebungen durch, um noch mehr über Dynamik,
Absterbeprozesse und Konkurrenzbeziehungen in subalpinen Wäldern zu erfahren.
- Parallel
dazu haben wir in einem subalpinen Waldreservat in Bulgarien (Parangalitsa)
vergleichbare Daten aufgenommen.
- Um die
Entwicklung von offenen Wäldern mit limitierter Lawinenschutzwirksamkeit zu
untersuchen, haben wir zudem Wiederholungsaufnahmen aus dem
SLF-Waldlawinenprojekt (1985-1990) durchgeführt und analysiert.
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Abb. 2: Offener, waldgrenzennaher Waldbestand mit beschränkter
Wirkung gegenüber Lawinen.
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Abb. 3: Fichtenwald mit kleiner Windwurffläche im Parangalitca-Reservat (Bulgarien).
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Resultate
Keine
entscheidenden Einbussen in der Schutzwirksamkeit von unbewirtschafteten Wäldern
Die Analyse der Inventurdaten
ergab in den meisten Flächen eine deutliche Zunahme der Basalfläche pro Hektar
in den letzten 20 Jahren, während die Stammzahl pro ha eher stagniert und sich
regional unterschiedlich entwickelt hat. Dies entspricht der zu erwartenden
Entwicklung von Wäldern, welche die Kulmination des Wachstums noch nicht
erreicht haben. Die ebenso beobachtete deutliche Zunahme von Totholzes liegt
hauptsächlich am konkurrenzbedingten Anstieg der Mortalität. Dass auch in bewirtschafteten
Wäldern beträchtlich mehr Totholz liegt, ist eine Folge der Forderungen des
Naturschutzes und der Erkenntnisse, dass der Verjüngungserfolg häufig vom
Vorkommen des Totholz abhängig ist. Grundsätzlich unterscheidet sich die
Entwicklung walddynamischer Parameter je nach Topographie des Standortes (z.B.
Exposition, Steilheit und vertikale Distanz zur jeweilig potenziellen
Baumgrenze). Der Einfluss von forstlichen Eingriffen auf die Schutzwirksamkeit wurde
ebenfalls untersucht. Dabei wurde deutlich, dass die ergriffenen forstlichen
Massnahmen in den meisten Fällen zielführend waren und dass bewirtschaftete
Wälder die Kriterien der Schutzwirksamkeit gegen Naturgefahren nachhaltig
erfüllen. Allerdings zeigten sich auch in unbewirtschafteten Wäldern keine
entscheidenden Einbussen in der Schutzwirksamkeit. Dabei gibt es regional unterschiedliche
Entwicklungen, die es zu berücksichtigen gilt.
Bäume an Südhängen wachsen schneller
Felduntersuchungen in dichten, homogenen Beständen
der Schweiz und Bulgarien haben gezeigt, dass Selbstdifferenzierungsprozesse
mit stark erhöhter Mortalität, fehlender Verjüngung und temporären Einbussen
bezüglich der Schutzwirksamkeit sehr lange dauern können (130 - 150 Jahre in
Bulgarien, in der Schweiz oft noch länger), falls diese Bestände nicht vorher
durch natürliche Störungen oder forstliche Eingriffe geöffnet werden. Erst nach
ca. 150-200 Jahren kann in solchen Wäldern wieder mit einer natürlichen
Überführung in heterogenere Bestände gerechnet werden. Topographische Unterschiede
(Exposition, Steilheit im Gelände und vertikaler Abstand zur potenziellen
Baumgrenze) konnten durch die Analyse der Feldaufnahmen bestätigt werden, wobei
diese bezüglich Exposition besonders deutlich wurden. Da biologische Prozesse,
insbesondere in vergleichsweise kühlen, subalpinen Höhenlagen mit zunehmender
Temperatur schneller ablaufen, wachsen die Bäume an südlich exponierten Hängen
generell rascher und entwickeln sich 20-40 Jahre schneller als an nördlich
exponierten Hängen. Eine weitere wichtige Erkenntnis dieser Untersuchungen ist,
dass Bäume, die in jungen, dichten Beständen von Anfang an unterdrückt sind, diesen
Nachteil meistens nicht mehr ausgleichen und entsprechend früher absterben als
Bäume, die von Beginn weg über ihre Nachbarn dominieren. Bei weniger intensiven
Konkurrenzverhältnissen, d.h. bei geringerer Bestandesdichte und entsprechend
häufig in höheren Lagen nahe der Baumgrenze ist das anders; dort sind Bäume mit
vergleichsweise geringeren Zuwachsraten meistens älter, respektive leben länger
als Bäume, die schneller wachsen.
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Abb. 4: Im unteren Bereich ist die Fichte die Hauptbaumart, die zur
Waldgrenze hin zunächst von der Lärche und danach von der Arve abgelöst
wird. Gut zu erkennen sind hier die aufgelösten Strukturen an der
momentanen Waldgrenze.
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Absterbeprozesse von Konkurrenzverhältnissen abhängig
Ergebnisse
räumlich-zeitlicher Analysen in den Feldflächen zeigen, dass Absterbeprozesse
nicht zufällig sind, sondern dass sie von den jeweiligen
Konkurrenzverhältnissen abhängen. In der Mehrzahl der Bestände sind lediglich
diejenigen Bäume mit den (meisten und) nächstgelegenen Nachbarn von
konkurrenzbedingter Mortalität betroffen, wobei sich der Radius der Konkurrenz
in Abhängigkeit der verfügbaren Ressourcen mit steigendem Wachstum der
einzelnen Bäume ausweitet. Entsprechend
werden „self-thinning“ – Prozesse in den kommenden Jahrzehnten an Intensität
gewinnen. Auch bei dieser Analyse wurden expositionsbedingte Unterschiede
deutlich, wobei südlich exponierte Wälder durch ihr rascheres Wachstum bereits
fortgeschrittener sind in ihrer jeweiligen Entwicklung als nördlich exponierte.
Mehr Totholz
Beim
Vergleich der untersuchten schweizerischen Wälder mit den bulgarischen Gebirgsfichtenwäldern
zeigen sich deutliche Unterschiede in der Geschwindigkeit der Prozesse. So
wachsen die Bäume in Bulgarien im allgemeinen rascher und die „self-thinning“
-Phase tritt früher ein, wohl aufgrund etwas höherer Durchschnittstemperaturen
und mehr Niederschlag. Folglich gibt es in den bulgarischen Flächen wesentlich grössere
Mengen an Totholz, die in allen untersuchten Beständen mehr als 50 % vom
Gesamten Holzvorrat betragen, während in den Schweizerischen Beständen die 50 %
nicht überschritten wurden. Dennoch hat der Totholzanteil in nicht bewirtschafteten schweizerischen
Wäldern stark zugenommen (bis zu 50 m3/ha), liegt aber im
Durchschnitt immer noch bis zu 10 mal unter demjenigen unserer bulgarischen
Vergleichsflächen und anderer Urwälder (bis zu 500 m3/ha).
Waldgrenzennahe Wälder sind dichter geworden
Im seit mindestens 150 Jahren vom
Menschen nicht beeinflussten Naturwaldreservat Parangalitsa sind Windwürfe in
mancher Hinsicht ein sehr wichtiger Bestandteil der natürlichen Entwicklungsdynamik. Im Gegensatz zu stärker
vom Menschen geprägten Ökosystemen, zeigte sich vor allem, dass kleinere und
mittlere Windwurfereignissen für die Bestandeserneuerungen immer wieder entscheidend
waren.
In hochsubalpinen Wäldern, welche aufgrund von
Kältelimitierungen natürlicherweise meist relativ offen sind, erfolgen
Entwicklungen in dichtere Waldstrukturen weniger rasch. Die
Untersuchungen in ehemaligen Waldlawinenanrissflächen haben jedoch gezeigt,
dass offene, waldgrenzennahe Wälder im allgemeinen dichter geworden sind und mehr
jüngere Bäume aufweisen, was im allgemeinen zu einer Verbesserung der
Schutzwirksamkeit geführt hat. Jedoch gibt es je nach Standort grosse
Unterschiede und häufig hat sich die Schutzwirksamkeit nicht dort
verbessert, wo es am dringendsten wäre, nämlich in
Wäldern mit Vegetationskonkurrenz für junge Bäumchen und wenig Moderholz oder
in steilen Wäldern, welche häufig durch gravitative Prozesse wie Lawinen oder
Steinschlag gestört werden (Ulrich 2008, Bebi und Ulrich 2008).
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Abb. 5: Extremer "stem exclusion" Bestand im
unbewirtschaftetetn Parangalitca Waldreservat (Bulgarien). Der
Totholzanteil is relativ hoch (etwa 50 %) und entspricht ca. 500 m3/ha.
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Folgerungen und Ausblick
Wachstums-
und Zersetzungsprozesse sind in subalpinen Gebieten aufgrund der kurzen
Vegetationsperiode und niedrigen Durchschnittstemperaturen zeitlich stark
verzögert. Unsere Untersuchungen zeigen, dass es beispielsweise 50-100 Jahre
dauern kann, bis ein Baum nach dem Absterben vollständig zersetzt ist.
Natürliche Störungen, wie etwa Schneebruch oder Windwurf, in subalpinen Wäldern
verlaufen gemäss unseren Untersuchungen meistens
kleinflächig. Durch das Umfallen einzelner Bäume entstehen kleine Lücken, die sich
im Laufe der Zeit vergrössern können, aber sich nur sehr selten zu
grossflächigen Störungen ausbreiten. Wo genügend Licht dazu kommt, werden die
abgestorbenen Bäume über sehr lange Zeiträume durch neu aufkommenden Jungwuchs
ersetzt. Die Prozesse und die Dynamik in den bulgarischen subalpinen
Fichtenwäldern sind vergleichbar mit den unbewirtschafteten Waldflächen in den
Schweizer Alpen, wenn auch die Bäume aufgrund leicht höherer
Durchschnittstemperaturen etwas schneller wachsen.
Klimaänderung beeinflusst Baumwachstum
Selbstdifferenzierungsprozesse in
Wäldern der subalpinen Stufe beanspruchen in den Schweizer Alpen mindestens 100
Jahre Dauer. Allerdings hat die aktuelle Erwärmung, welche in den Schweizer
Alpen ausgeprägter verläuft als in anderen Gebieten, das Baumwachstum bereits
beeinflusst. Bei einer fortschreitenden Erwärmung werden sich die Prozesse
weiter beschleunigen, jedoch immer in Abhängigkeit topographischer Faktoren. Es
ist zu erwarten, dass sich nordexponierte Wälder mittelfristig zu ähnlichen
Beständen entwickeln wie sie heute charakteristisch
sind für südlich exponierte Wälder.
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Abb. 6: Sehr dicht stehender Kiefernwald mit mehr als 50% Totholzanteil und gut
aufkommender Verjüngung. Nationalpark, Val dal Botsch.
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Gezielte Aufforstungsmassnahmen auch in Zukunft wichtig
Diese dynamischen Prozesse zeigen
eine hohe räumliche und zeitliche Variabilität und sind sehr stark von
Konkurrenz und von Selbstdifferenzierungsprozessen geprägt. Die Kleinräumigkeit
und die grossen standörtlichen Unterschiede sind charakteristisch für die
Schweizer Alpen. Entsprechend ist es wichtig für Förster und
Entscheidungsträger, die mit ihren Wäldern und den örtlichen Gegebenheiten am
besten vertraut sind, diese Prozesse zu kennen und sie in der Prioritätensetzung
bei der Bewirtschaftung zu berücksichtigen. In offenen subalpinen Wäldern mit ungenügender
Lawinenschutzwirkung verdichtet sich der Wald, allerdings nicht immer von sich
aus dort, wo es am wichtigsten wäre. Gezielte Aufforstungsmassnahmen in
Kombination mit temporären Verbauungen in Lawinenanrissgebieten werden damit
auch in Zukunft eine wichtige Rolle zur Risikoverminderung im Alpenraum
spielen.
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Abb. 7: Aufgelöster Lärchenwald nahe der aktuellen Waldgrenze mit sehr viel Fichtenverjüngung. Aebiwald, Sertig Davos.
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Abb. 8: Subalpiner Wald im Avers (Graubünden) mit einer hohen Stammdichte und vielen stehenden toten Bäumen.
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Abb. 9: Sehr dichtstehender Steinschlagschutzwald, fichtendominiert, geprägt von vielen Baumschäden. "Alter Schin" Albula, nahe Thusis.
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Mehr Raum und Zeit für natürliche Prozesse
Die Bestandesentwicklungen
in Bulgarien wie auch in der Schweiz deuten darauf hin, dass natürlichen
Prozessen in subalpinen Wäldern in vielen Fällen mehr Raum und Zeit gegeben
werden kann, ohne dass sich daraus unmittelbare Nachteile für den Wald oder für
bestimmte Waldfunktionen ergeben. Andererseits
wächst mit der massiven Zunahme solcher dichten Wälder im Alpenraum auch die
Gefährdung durch grossflächige Störungen (va. Windwurf, Borkenkäfer). Damit
wird es in Zukunft noch wichtiger sein, die Bestände dort nachhaltig zu
verjüngen, wo die Gefährdung durch solche Störungen in Zukunft am grössten und
wo es besonders wichtig ist, dass nach einer Störung rasch wieder ein guter
Schutzwald entsteht. Deshalb darf daraus nicht geschlossen werden, dass weniger
Aufwand für die Schutzwaldpflege nötig ist. Dieser kann aber über einen
längeren Zeitraum optimiert und noch stärker dort eingesetzt werden (1) wo der
Wald besonders stark zur Gefahrenverminderung gegenüber Naturgefahren beiträgt
und es unterhalb viel zu schützen gibt.(2) Wo es besonders wichtig ist, dass im
Fall von zukünftigen Störungen (z.B. Windwurf, Borkenkäfer) rascher wieder ein
guter Schutzwald nachwächst und (3) Wo sich dank der Schutzwaldpflege gute Synergien mit der
Erfüllung von anderen Waldleistungen ergeben.
Weitere Forschung notwendig
In Zukunft bedarf es weiterer
Forschung um die natürliche Dynamik von Gebirgswäldern noch längerfristiger zu
verstehen. Beispielsweise sollten die Prozesse nach der
Selbsdifferenzierungsphase („self-thinning“), und die aktuellen Auswirkungen
des Klimawandels auf unsere Gebirgswälder noch besser verstanden werden. Damit
soll ein Beitrag geleistet werden um die grossen Herausforderungen bei der
zukünftigen Prioritätensetzung in der Schutzwaldbewirtschaftung zu begegnen und die Schutzwirksamkeit der
Wälder nachhaltig zu erhalten.
Finanzierung
Das Projekt wurde finanziert von der
Velux-Stiftung.
Projektteam
Frank Krumm
Momchil Panayotov
Peter Bebi
Melanie
Ulrich (Diplomandin)
Clothilde
Gollut (Masterstudentin)
Dominik
Kulakowski, Heinrich Spiecker (Externe Projektpartner)
Bisherige Publikationen
Bebi, P.
2008. Immer mehr Lawinenschutzwald? Newsletter Naturgefahren 2/2008:
5-6.
Bebi, P.
und Ulrich, M. 2008. Immer mehr wirksamer Lawinenschutzwald. Newsletter Wald,
WSL 24: 1-2. PDF
Bebi, P. et M. Ulrich. 2008. La forêt de protection contre les
avalanches gagne-t-elle sans cesse en surface et en efficacité? La Forêt 12/08: 22-23. PDF
Ulrich,
M., 2008: Strukturerfassung und Dynamik von waldgrenzennahen Wäldern mit
verminderter Lawinenschutzwirksamkeit in der Landschaft Davos. Diplomarbeit
ZHAW Wädenswil.
Gollut,
C. 2008. Einfluss von Witterungs- und Schneeverhältnissen auf die Entstehung
von Waldlawinen im Schweizer Alpenraum. Masterarbeit ETH Zürich und SLF Davos.
Krumm,
F., Panayotov, M. Spiecker H. and P. Bebi. 2008. Natural Dynamics subalpine avalanche
protection forests in the Swiss Alps. Trace 2008 – Conference Proceedings.
Bebi, P.
Kulakowski, D., Rixen C. 2009. Snow avalanche disturbances in forest ecosystems
– state of research and implications for management. Forest Ecology and
Management 257: 1883-1892. PDF
Panayotov M., Kulakowski D., Laranjeiro Dos Santos L., Bebi P. 2011. Wind
disturbances shape old Norway spruce dominated forest in Bulgaria. Forest Ecology and
Management 262: 470-481.
Krumm
F.,
Kulakowski D, Spiecker H, Duc P, Bebi P (2011) Stand development of Norway
spruce dominated subalpine forests of the Swiss Alps. Forest ecology and
management 262 (4):620-628
Krumm F., Kulakowski D., Risch A.C., Spiecker, H. and P. Bebi. Stem exclusion and
mortality in passively managed subalpine forests of the Swiss Alps. European
Journal of Forest Research. In review.
Krumm, F.,
Panayotov, M. and Bebi, P.: Tree mortality in dense subalpine forests of the
Swiss Alps. Conference proceeding for the TRACE conference in Orelans (France),
May 2011. In
review.
Krumm, F.
2011. Natürliche Dynamik in subalpinen Wäldern in Schweizer Alpen. Newsletter Naturgefahren 1/2011: 6.
| Stichworte: |
Lawinen, Schutzwald, Walddynamik, Naturgefahren, Gebirgswald |
