Stillberg-Aufforstungsversuch:
Umwelteinflüsse auf den Aufforstungserfolg in einem subalpinen Lawinenanrissgebiet der Zentralalpen

1. Hochaufgelöste bioklimatologische Kartierungen (ca. 5 ha im 3.5m-Raster)
2. Vegetation
3. Strahlung
4. Wind
5. Untersuchungen des Wurzelwachstums und der Sprossentwicklung junger Koniferen im Klimastress der alpinen Waldgrenze.
6. 20 Jahre meteorologisches Messprogramm: Globalstrahlung, Albedo, Sonnenscheindauer, Bodentemperaturen, Lufttemperaturen, Wind, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Schneehöhe
7. Untersuchung des Berg-Talwind-Systemes im Dischmatal
8. Schäden in der Aufforstung durch das Birkhuhn
9. Einfluss des Mikroklimas auf den Gaswechsel von Holzpflanzen an Gebirgsstandorten

1. Vegetation

Wichtigste Pflanzengesellschaften und ihre Flächenanteile in der Aufforstung:

• Windflechten Azaleenheide mit Rentierflechten Cetrario-Loiseleurietum cladonietosum (10%)
• Krähenbeeren-Vaccinienheide mit Moosflechten Empetro-Vaccinietum cetrarietosum (29%)
• Krähenbeeren-Vaccinienheide mit Etagenmoos Empetro-Vaccinietum hylocomietosum (30%)
• Wollreitgrasrasen mit Drüsengriffel Calamagrostietum villosae adenostyletosum (15 %)
• Wacholder-Bärentraubenheide mit Wacholder Junipero-Arctostaphyletum juniperetosum (4%)
• Wacholder-Bärentraubenheide mit Heidekraut Junipero-Arctostaphyletum callunetosum (5%)
• Alpenrosen-Vaccinienheide mit Alpenrose Rhododendro-Vaccinietum rhododendretosum (6%)
• Uebrige (1%)

2. Strahlung

• Turner, H. (1966) Die globale Hangbestrahlung als Standortsfaktor bei Aufforstungen in der subalpinen Stufe. Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Mitt. 42, 109-168
• Turner, H. (1967) Strahlungskartierungen eines gegliederten Gebirgshanges aufgrund von Messungen der räumlichen Komponenten der Globalstrahlung. Veröff. schweiz. meteorol. Zentralanst. 4, 331-347

3. Wind

• Nägeli, W. (1971) Der Wind als Standortsfaktor bei Aufforstungen in der subalpinen Stufe (Stillbergalp im Dischmatal, Kanton Graubünden). Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Mitt. 47, 33-147
• Turner, H. (1988a) Das Klima der Versuchsfläche Stillberg. Schweiz. Z. Forstwes. 139, 743-750
• Turner, H. (1988b) Mikroklimate in der Versuchsfläche Stillberg. Schweiz. Z. Forstwes. 139, 751-762

4. Untersuchungen des Wurzelwachstums und der Sprossentwicklung junger Koniferen im Klimastress der alpinen Waldgrenze

Das Spross- und Wurzellängenwachstum von 30 Jungarven, Bergföhren und Lärchen wurden je über einen Zeitraum von drei Jahren, auf den drei Hauptstandorten des Stillberges (Y-Mulde), in wöchentlichen Intervallen während der ganzen Wachstumsperiode gemessen.

Ziel und Zweck

Die Untersuchungen hatten den Zweck:

• einen differenzierten Einblick in das Wachstumsverhalten von Hochlagenaufforstungen zu erhalten, indem das ober- und unterirdische Wachstum gerennt und in der zeitlichen Auflösung einer Woche betrachtet wurde;
• Auswirkungen der Standortsbedingungen und vor allem der durch das Gelände abgewandelten Witterungs- und Mikroklimabedingungen auf das ober- und unterirdische Wachstum junger Bergföhren, Arven, und Lärchen festzustellen;
• bessere Grundlagen für die Standortsauswahl bei Hochlagenaufforstungen zu gewinnen.

Ergebnisse

• Das Wurzelwachstum setzt generell einige Tage nach Ausaperung bei einer Bodentemperatur von 2 bis 3 Grad Celsius ein und kommt im Herbst bei ähnlichen Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt zum Stillstand, bei einzelnen Arven sogar erst mit effektivem Bodenfrost.
• Die Bergföhre beginnt mit dem Wurzelwachstum bedeutend später als mit dem Sprosswachstum: am Osthang um etwa 1 Woche, am Nordhang um 2 bis 2,5 Wochen später.
• Im Vergleich zum mikroklimatisch günstigeren Osthang zeigen die am Nordhang einem besonderen Klimastress ausgesetzten Bergföhren und Arven eine ausgeprägte Verzögerung und Verminderung des Wurzelwachstums.
• Das Wurzelwachstum wird am nordexponierten Standort wesentlich deutlicher eingeschränkt als das Sprosswachstum.
• Am Nordhang ist bei Arve und Bergföhre ein deutliche Verschiebung des Gipfels der Wurzelwachstumsaktivität gegen den Herbst hin feststellbar. Beide Baumarten bilden dann am kühlen Nordhang zudem zahlreichere wachsende Wurzelspitzen aus als am wärmeren Osthang.
• Jeder markante Temperaturrückgang während der Vegetationszeit bedeutet eine Reduktion des Wurzellängenwachstum, sogar bis zum permanenten Wachstumsstillstand. Umgekehrt führt ein deutlicher Anstieg der Bodentemperatur nicht nur zu schnellerem Wurzellängenwachstum, sondern auch zu verstärkter Neubildung von Feinwurzeln.
• Eine interessante umweltabhängige Reaktion zeigen die Nordhangbäume insofern, als der Wurzellängenzuwachs bezogen auf gleiche Temperatur deutlich grösser war als jener der Osthangbäume.

Referenzen:

• Häsler R., Streule A., Turner H., (in press). Shoot and root growth of young Larix decidua in contrasting microenvironments near the alpine timberline. Phyton.
• Turner H., Streule A., 1983. Wurzelwachstum und Sprossentwicklung junger Koniferen im Stressklima der alpinen Waldgrenze, mit Berücksichtigung von Mikroklima, Photosynthese und Stoffproduktion. In: W. Böhm, L. Kutschera, E. Lichtenegger (eds), Wurzelökologie und ihre Nutzanwendung. Irdning, Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft, Gumpenstein, pp. 617-635.
• Turner H., Streule A., 1988. Wurzelwachstum und Sprossentwicklung junger Koniferen im Klimastress der alpinen Waldgrenze. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 139(9): 785-789.

5. 20 Jahre meteorologisches Messprogramm

Die automatische Klimastation Stillberg (2090 m) ist seit 1975 in Betrieb. Das Klima der Versuchsfläche als Ganzes und die Verteilung der Mikroklimate wurden in Turner (1988a, 1988b) diskutiert. Die praktisch unterbruchsfreie Messreihe umfasst folgende Parameter:

• Globalstrahlung horizontal und hangparallel, refl. Hangparallelstrahlung (Albedo).
• Sonnenscheindauer (Messhöhe 2.0 m, Winter 4.0 m)
• Niederschlag (Messhöhe 2.0 m, Winter 4.0 m)
• Luftfeuchte (Messhöhe 2.0 m, Winter 4.0 m)
• Windgeschwindigkeit und -richtung (Messhöhe 10 m)
• Lufttemperatur-Vertikalprofil 10, 50, 100, 200 cm (200 cm aspiriert)
• Luft- und Taupunkttemperatur (Messhöhe 2.0 m, Winter 4.0 m; ab 1987)
• Bodentemperaturen 0, -10, - 50 cm, (ab 1975) - 100 cm (1975 - 1991)
• Schneehöhe
• Luftdruck (bei Hütte Stillberg, 1970 m ü.M., ab 1980)
• Ozon (bei Hütte Stillberg, 1970 m ü.M., ab 1989)

An den vier Hauptstandorten des Stillberg-Versuchsgebietes (grosse Mulde) wurden Satellitenstationen für zusätzliche mikroklimatische Messungen mit folgenden Messfühlern belegt:

• Bodentemperaturen - 5, -10, -30, -50 cm (1975 - 1991)
• Luft- bzw. Schneetemperaturen +10, 30, 60, 100 cm (1980 - 1991)
• Globalstrahlung und Albedo hangparallel (1980 -1983)
• Gesamtstrahlungsbilanz (1980 -1983)

Archivierung der Daten:

• 1975 - 1996: Mittel und extremale 5-Minuten-Werte pro Stunde
• ab 1997: 10-Minuten-Werte

Referenzen:

• Turner, H. (1988a) Das Klima der Versuchsfläche Stillberg. Schweiz. Z. Forstwes. 139, 743-750
• Turner, H. (1988b) Mikroklimate in der Versuchsfläche Stillberg. Schweiz. Z. Forstwes. 139, 751-762

6. Untersuchung des Berg-Talwind-Systemes im Dischmatal

Mittlere Temperatur- und Windverteilung im Dischmatal bei Davos bei typischen sommerlichen Witterungslagen (Urfer-Henneberger, 1981).

Referenzen:

• Turner, H., Streule, A. (1982) Energiebilanzuntersuchungen auf dem Stillberg. In: Wiss. Mitt: DISKUS Gebirgswindexperiment im Dischmatal. Datensammlung Teil 2, vol. 46, pp. 35-39, Freytag, C., Hennemuth, B., eds. Meteorol. Inst. Univ. München, München
• Turner, H. (1982) Wind, Temperatur und Feuchtigkeit an fünf Klimastationen im Talquerprofil. In: Wiss. Mitt: DISKUS Gebirgswindexperiment im Dischmatal. Datensammlung Teil 2, vol. 46, pp. 13-34, Freytag, C., Hennemuth, B., eds. Meteorol. Inst. Univ. München, München
• Urfer-Henneberger, C. (1964a) Nachweis der lokalen Strömungsverhältnisse im Dischmatal mit Hilfe der potentiellen Aequivalenttemperatur. Verh. Schweiz. naturf. Ges., 99-100
• Urfer-Henneberger, C. (1964b) Wind- und Temperaturverhältnisse an ungestörten Schönwettertagen im Dischmatal bei Davos. Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Mitt. 40, 389-441
• Urfer-Henneberger, C. (1981) Mittlere Temperatur- und Windverteilung im Dischmatal bei Davos bei typischen sommerlichen Witterungslagen. Veröff. schweiz. meteorol. Anst. 43, 1-32
• Urfer-Henneberger, C., Turner, H. (1982) Bodennahes Windsystem und Temperaturgradienten bei verschiedenen Wetterlagen in einem von Süden nach Norden führenden V-förmigen Alpental. Arch. Meteorol. Geophys. Bioklimatol. Ser. B 31, 253-271

7. Schäden in der Aufforstung durch das Birkhuhn

8. Einfluss des Mikroklimas auf den Gaswechsel von Holzpflanzen an Gebirgsstandorten

Die Waldgrenze in den Zentralalpen Europas ist natürlich bestimmt durch Pinus cembra und Larix decidua (Kuoch und Amiet, 1970). Picea abies wachsen von den Tälern bis in die Berge hinauf. Auf grossen Höhen, unterscheidet sich das Mikroklima mit der Topographischen Lage, und bestimmt das Ueberleben und Wachstum der Bäume (Schönenberger und Frey, 1988). An der subalpinen Waldgrenze, ist das Wachstum und die Biomassenzunahme der Bäume stark beeinflusst durch die Mikro-Verhältnisse am Standort und das Mikroklima (Turner et al., 1982; Schönenberger und Frey, 1988). Als Basis nutzten wir das Monitor Experiment der Photosynthese-Produktion, und fanden heraus das die Biomassenzunahme der Bäume an der Waldgrenze von der Bodentemperatur und der Netto-Strahlung abhängig ist (Häsler, 1982). Wie auch immer, die physiologische Charakteristik von Bäumen bleibt ein Geheimniss. Die physiologische Anpassung von Bäumen an das Mikroklima ist erforscht.

An der Waldgrenze bei der Versuchsfläche Stillberg , wachsen junge Pinus cembra und Larix decidua besser am sonnigen Osthang als am schattigen Nordhang (Schönenberger, 1978). Diese Tendenz zeigt sich an den verschiedenen Pflanzstellen an Sprossen und Wurzeln von Koniferen an diesen beiden Hängen (Turner et al.,1982; Turner und Streule, 1983). Die Photosyntheseraten von P. cembra und L. decidua gepflanzt an Ost- und Nordhang wurden aufgezeichnet an zugehörigen Zweigen (Häsler and Blaser, 1981). Die Photosyntheserate von Bäumen am Osthang war grösser als die von Bäumen am Nordhang (Häsler, 1982, 1988). Messungen des täglichen Gaswechsels von L. decidua zeigen, dass die Photosynthese-Reaktion von Bäumen auf die Strahlungsdichte am Nordhang dieselbe Charakteristik zeigen wie schattige Blätter von Bäumen am sonnigen Osthang (Häsler, 1985).

Um eine genauere Erklärung zu bekommen warum die Wachstumsraten von Bäumen am Osthang so viel höher sind, als die der Bäume am Nordhang, führten wir Experimente durch um zu klären, ob es einen Unterschied in der Photosynthesekapazität von Bäumen an den beiden Hängen gibt, und untersuchten die Biomassenzunahme und die Kohlenstoff-Aufnahme in Bezug zum Mikroklima an den Versuchsstandorten.

Cited literature:

• Häsler R., 1982. Net photosynthesis and transpiration of Pinus montana on east and north facing slopes at alpine timberline. Oecologia 54: 14-22.
• Häsler R., 1985. CO2-uptake in European larch (Larix decidua Mill.) near treeline in Switzerland (Stillberg/Davos). Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Birmensdorf, Ber. 270, 113-122.
• Häsler R., 1988. Photosynthese- und Transpirationsmessungen in der Versuchsfläche Stillberg. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen 139(9): 773-784.
• Häsler R., Blaser P., 1981. Nettophotosyntheseaktivität von Arve und Lärche auf verschiedenen Standorten der subalpinen Stufe. Mitteilungen der forstlichen Bundesversuchsanstalt Wien 140: 179-188.
• Kuoch R., Amiet R., 1970. Die Verjüngung im Bereich der oberen Waldgrenze der Alpen. Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Mitt. 46, 159-328.
• Schönenberger W., 1978. Ökologie der natürlichen Verjüngung von Fichte und Bergföhre in Lawinenzügen der nördlichen Voralpen. Eidg. Anst. forstl. Versuchswes. Mitt. 54, 215-361.
• Schönenberger W., Frey W., 1988. Untersuchungen zur Ökologie und Technik der Hochlagenaufforstung. Forschungsergebnisse aus dem Lawinenanrissgebiet Stillberg. Schweiz. Z. Forstwes. 139, 735-820.
• Turner H., Häsler R., Schönenberger W., 1982. Contrasting microenvironments and their effects on carbon uptake and allocation by young conifers near alpine treeline in Switzerland. In: R.H. Waring (ed), Carbon uptake and allocation in subalpine ecosystems as a key to management. Proc. IUFRO Workshop P1.07-00. Corvallis, Oregon State University, pp. 22-30.
• Turner H., Streule A., 1983. Wurzelwachstum und Sprossentwicklung junger Koniferen im Stressklima der alpinen Waldgrenze, mit Berücksichtigung von Mikroklima, Photosynthese und Stoffproduktion. In: W. Böhm, L. Kutschera, E. Lichtenegger (eds), Wurzelökologie und ihre Nutzanwendung. Irdning, Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft, Gumpenstein, pp. 617-635.

Zusammenarbeit mit:

Prof. Dr Takayoshi Koike
Forest Dynamics Research Hokkaido University
Kita 9 Nishi 9, Kita-ku
Sapporo 060
Japan
koike@exfor.agr.hokudai.ac.jp

Weitere Projekte bearbeiteten:

• Peter Bebi
• Walter Schönenberger
  
• Fritz Schweingruber
  
• Veronika Stöckli
  

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