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Otto Ulrich Bräker
WSL CH-8903 Birmensdorf
Professur Forsteinrichtung und Waldwachstum ETH Zürich
Skript: Prof. Dr. Peter Bachmann
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Inhalt Script:
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen des Waldwachstums
3 Wachstum des einzelnen Baumes
4 Bestandeswachstum
5 Beeinflussung des Baum- und Bestandeswachstums
6 Wachstumsmodelle
7 Entwicklung im Forstbetrieb
Literaturverzeichnis
Glossar
Repetitorien
Lösungen

Waldwachstum I/II
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47 Biomasse
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Biomasse ist die Menge an lebender ober- und unterirdischer, tierischer und pflanzlicher Substanz je Flächeneinheit (vereinfacht nach PELLINEN 1984 zitiert bei KRAMER 1988, S. 42). Als Messgrösse wird in der Regel die Trockensubstanz in Tonnen oder Kilogramm verwendet.

Der grösste Teil der Biomasse besteht aus Pflanzen. Für einen westeuropäischen Laubwald gilt etwa folgende Verteilung (DUVIGNEAUD 1962, zitiert bei LEIBUNDGUT 1975, S. 35):

Phyto-Biomasse

275 t/ha

Biomasse der Wirbeltiere

8.5 kg/ha

Biomasse der Bodenfauna

1 t/ha

Forstliche Biomassenuntersuchungen beschränken sich vorwiegend auf die Bäume. Der Anteil der Bodenflora ist stark vom Waldaufbau und vom Standort abhängig. Bezogen auf die gesamte jährliche Produktion an Trockensubstanz leistet die Bodenflora in einem 100jährigen Fichtenbestand auf gutem Standort in mittlerer Lage 7 %, in einem licht bestockten Fichtenbestand in hoher Gebirgslage 38 % (nach BURGER 1953, S. 119). Auf den Vorrat an Biomasse bezogen ist der Anteil der Bodenflora bedeutend kleiner, weil diese vor allem im Holz gebunden ist.

Die prozentualen Biomassenanteile der Waldbäume sind für die Bundesrepublik Deutschland in Abb. 47.1 dargestellt. Abb. 47.2 zeigt, dass der Gehalt an Nährstoffelementen im Holz wesentlich geringer ist, als in Aesten, Rinde oder Nadeln. Daraus sind grosse Vorbehalte gegen Ganzbaumnutzung oder Biomassennutzung abzuleiten.

Abb. 47.1: Prozentuale Biomassenanteile der Waldbäume in der BRD, Derbholzgrenze 7 cm, nach KRAMER u. KRÜGER 1981, zitiert bei KRAMER 1988, S. 43.

Abb. 47.2: Prozentuale Verteilung der Biomasse sowie der Nährstoffelemente (N, P, K, Ca, Mg) auf die oberirdischen Baumkomponenten in einem 40-jährigen Fichtenbestand, nach KRAPFENBAUER 1979 und KRAMER 1983, zitiert bei KRAMER 1988, S. 44.

Über die Veränderung der Biomasse im Jahresverlauf gibt es nur wenige Untersuchungen. Ein Beispiel eines Nadelbestandes zeigt Abb. 47.3, wobei interessant ist, die Neubildung von Nadeln und den Abfall alter Nadeln zu verfolgen.

Abb. 47.3: Oberirdische Biomasse in t/ha eines 17-jährigen Pinus virginia -Bestandes im Jahresablauf, nach MADGWICK 1968, zitiert bei MITSCHERLICH 1978, S. 34 (Sp. = Spuren).

Die organische Produktion eines Bestandes kann mit der Produktionsgleichung von BOYSEN-JENSEN 1932 beschrieben werden:

Na = R + Bv + Av + Wv + I + S
wobei Na = Nettoassimilationsertrag in den Blättern
  R = Respiration, Atmungsverluste von Stamm, Aesten, Wurzeln
  Bv = Blattverlust durch Laubfall
  Av = Astverlust durch laufendes Abstossen von Aesten
  Wv = Wurzelverlust, nur grob abschätzbar
  I = Zuwachs an ober- und unterirdischem Holz
  S = allfällige Samenproduktion

In Abb. 47.4 ist die Biomassenproduktion eines Buchenbestandes im Lebensablauf dargestellt. Die Produktion an Trockensubstanz kulminiert später als die Volumenproduktion.

Abb. 47.4: Modell der Biomassenproduktion (in Tonnen Trockensubstanz) in einem Buchenbestand im Lebenslauf, nach MØLLER 1954, zitiert bei ASSMANN 1961, S. 36.

Die Nadel-/Blattmasse (masse foliaire, massa fogliare) ist wichtig für die Photosynthese. Als Messgrössen werden verwendet

  • die Kronengrösse (Länge, Projektionsfläche, Mantelfläche)
  • die Nadel-/Blattoberfläche
  • die Masse in kg Trockensubstanz.

Die Beziehung zwischen Blattmasse und Kronendimension kann mit der allometrischen Funktion y = a * xb dargestellt werden, wobei die Kronenmantelfläche eine besonders gut geeignete Bezugsgrösse ist.

Mit der Blattwirksamkeit (efficacité foliaire, efficienza fogliare) ist eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Blätter möglich. Gemäss Abb. 47.5 haben Laubbäume eine höhere Blattwirksamkeit als Nadelbäume. Nadeln können die geringere Assimilationstätigkeit durch die höhere Nadelmasse (Trockensubstanz/ha) ausgleichen. Zudem haben sie das ganze Jahr eine positive Assimilationsleistung (ausgenommen Kälteperioden).

Blattwirksamkeit = jährliche Holzproduktion (t/ha*J) / Blattmasse (t/ha)

Ein weiteres Mass ist der Blattflächenindex (indice de surface foliaire , indice di superficie fogliare), d.h. die Blattoberfläche in ha je ha Bestandesfläche).

Abb. 47.5: Blattmenge, Blattflächenindex, Zuwachs und Blattwirksamkeit verschiedener Baumarten, berechnet nach Zusammenstellungen von ASSMANN 1961, S. 32 (t = Tonnen Trockensubstanz, * = einseitige Blattfläche).

Reisig- und Nadelfrischgewicht nehmen bei Fichte mit dem Alter und mit geringer werdender Bonität ab. Der Zuwachs je kg Nadeln kulminiert im Alter von 60 Jahren, und er sinkt bei abnehmender Standortsgüte (vgl. Abb. 47.6). Nach MØLLER 1945, zitiert nach ASSMANN 1961, S. 35, ist bei Buchen das Laubtrockengewicht unabhängig von der Standortsgüte nahezu gleich gross. Die Assimilationsleistung gleicher Laubmengen ist also auf weniger guten Standorten bedeutend geringer als auf besseren Standorten. Der Zuwachs unserer Waldbestände ist offenbar nur teilweise von der Blattmasse abhängig; die Versorgung der Blätter mit Nährstoffen spielt ebenfalls eine wichtige Rolle.

Abb. 47.7 zeigt, dass bei unterschiedlicher Volumenproduktion wegen der verschiedenen Raumdichten (Trockengewicht bezogen auf das Volumen frischen Holzes) die Produktion an Trockensubstanz sehr ähnlich sein kann.

Abb. 47.6: Reisiggewicht (Äste Ø < 7 cm und Nadeln), Nadelfrischgewicht und Volumenzuwachs in Fichtenbeständen unterschiedlicher Bonität, nach BURGER 1953, in MITSCHERLICH 1978, S. 32.

Abb. 47.7: Maximaler durchschnittlicher Gesamtzuwachs (dGZmax) nach Volumen (m3/ha) und Trockensubstanz (tatro/ha) von Fichte, Buche und Lärche bei I. Ertragsklasse nach Ertragstafeln SCHOBER, mittlere Druchforstung 1975, bei KRAMER 1988, S. 47.

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