Multiskala Beziehungen zwischen Waldstrukturen, Saproxylismus-Vielfalt, Totholzverrottung und Kohlenstoffkreislauf in einer sich verändernden Welt

In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Dynamik von Totholz in Wäldern und nutzen dazu einen langfristigen Datensatz aus Waldinventuren und Artenvielfalt in der ganzen Schweiz, der die wichtigsten mitteleuropäischen Waldtypen von Tiefland- bis Hochgebirgswäldern abdeckt. 

Unser Ziel ist es, eine ganzheitliche Bewertung der Totholzdynamik zu liefern, indem wir die Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Variablen in Bezug auf Klima, Bewirtschaftung, Waldstruktur und Totholz-assoziierte Organismen berücksichtigen. Um dies zu erreichen, werden wir Waldinventur-, Boden- und saproxylische Arten-Datensätze, modernste Fernerkundungsmethoden, detaillierte ergänzende Feldstudien und innovative Modellierungsverfahren integrieren. Dies wird neue wissenschaftliche Erkenntnisse über die aktuelle und zukünftige Dynamik von Totholz, die Hotspots der funktionellen Vielfalt und Arten von konservatorischem Interesse sowie den Totholz-Kohlenstoffkreislauf und die Speicherung von Totholz-Kohlenstoff in Böden liefern.

Leitung: Martina Hobi & Thibault Lachat 

WP 1 untersucht, wie Waldstrukturen – insbesondere Totholz, das sowohl aus Bewirtschaftungsmaßnahmen als auch aus natürlichen Störungen stammt – Saproxylische Käfergemeinschaften von der Parzellen- bis zur Landschaftsebene und entlang von Bewirtschaftungs- und Störungsintensitätsgradienten prägen. Es integriert bestehende Datensätze, darunter solche aus dem Schweizer Waldreservat-Netzwerk (www.waldreservate.ch) und umfangreiche Daten zu saproxylischen Käfern und Pilzen. Die Verfügbarkeit und Vielfalt von Totholz wird durch den Einsatz von Nahbereichs-Fernerkundungsmethoden wie mobilem Laserscanning und Spektraldaten weiter charakterisiert. 

Leitung: Harald Bugmann 

WP 2 untersucht, wie sich Totholz in Schweizer Wäldern im Laufe der Zeit verändert, indem es langfristige Trends analysiert und die zukünftige Dynamik unter dem Einfluss des Klimawandels prognostiziert. Anhand umfangreicher Zeitreihen aus dem Schweizer Waldschutzgebietsnetzwerk quantifiziert es die Totholzproduktionsraten, Verweildauern und die dafür ausschlaggebenden Umwelt- und Bestandsfaktoren. Zusätzliche Daten zu grobem Holzabfall aus Reservaten und bewirtschafteten Wäldern werden verwendet, um Verrottungsmodelle zu verfeinern und räumliche Muster in Bezug auf Dichte und Zersetzungsstadien zu bewerten. Diese Erkenntnisse fließen in die Entwicklung eines neuen dynamischen Totholzmodells ein, das stehendes und liegendes Totholz anhand von Verrottungsklassen verfolgt und mit dem Walddynamikmodell ForClim gekoppelt ist. Der kombinierte Modellierungsrahmen ermöglicht Prognosen zur zukünftigen Totholzentwicklung unter verschiedenen Klima- und Störungsszenarien und verbindet den Totholzumsatz mit Kohlenstoffprozessen im Boden.

Leitung: Frank Hagedorn

WP 3 quantifiziert, wie viel Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor aus groben Holzresten (CWD) in Waldböden gelangen und wie dies zur Bildung von organischer Bodensubstanz (SOM) beiträgt. Anhand einzigartiger CWD-Chronosequenzen, die bis zu 70 Jahre umfassen, werden die Nährstoffvorräte in Totholz, Waldböden und mineralischen Böden gemessen. Das WP fraktioniert die SOM in aussagekräftige biochemische Pools und verwendet stabile Isotope, spektroskopische Analysen und Sickerwasserproben, um die aus CWD stammenden Einträge zu verfolgen. Radiokarbondaten helfen bei der Abschätzung der Verweildauer von Kohlenstoff sowohl in CWD- als auch in SOM-Fraktionen. Mischungsmodelle quantifizieren den Anteil des aus Totholz stammenden Kohlenstoffs im Boden. WP 3 bewertet auch, welche biotischen und abiotischen Faktoren diese Flüsse steuern, indem es Daten zu Klima, Bestandsstruktur und Zersetzergemeinschaften integriert. Die Ergebnisse fließen sowohl in die dynamische Modellierung in WP 2 als auch in die Funktionsanalysen in WP 4 ein. 

Leitung: Martin Gossner

WP 4 fasst die Ergebnisse aus WP 1–3 zusammen, um zu verstehen, wie Zersetzungsgemeinschaften, Totholzverrottung und Kohlenstoffdynamik über räumliche und zeitliche Skalen hinweg interagieren. Es charakterisiert die aktiven Anteile von Bakterien, Pilzen und Wirbellosen, die an der Totholzverrottung beteiligt sind, unter Verwendung fortschrittlicher molekularer Werkzeuge, um ihre funktionellen Rollen und komplementären Beiträge zu bestimmen. Diese Gemeinschaftsdaten werden mit Totholzverrottungsprozessen, Waldstruktur und Umweltbedingungen verknüpft, um die Haupttreiber der Zersetzung und des Kohlenstoffkreislaufs zu identifizieren. Das WP untersucht auch, wie abiotische Filterung und Waldbewirtschaftung die taxonomische und funktionelle Vielfalt auf Alpha-, Beta- und Gamma-Skalen beeinflussen und wie sich diese Muster auf die Funktionsweise des Ökosystems auswirken. Landschaftsweite Analysen integrieren große Datenbestände zu Käfern und Pilzen, um Hotspots für schützenswerte Arten und potenzielle positive oder negative Zusammenhänge, die die Verrottung beeinflussen, zu erkennen. WP 4 kombiniert dann alle Informationen zu Strukturmodellen, die die Entwicklung der Zersetzer mit der Produktion von Totholz, der Zersetzung und den Kohlenstoffflüssen verknüpfen. Schliesslich skaliert es diese Prozesse von Parzellen auf Bestände und letztlich auf die nationale Ebene, indem es Totholz- und Gemeinschaftsmodelle mit Waldlandschaftsmodellen unter Klima- und Bewirtschaftungsszenarien integriert. Insgesamt liefert WP 4 die umfassende Synthese, die erforderlich ist, um die zukünftige Dynamik von Totholz und Biodiversität in Schweizer Wäldern zu prognostizieren.

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