A2) Erhalt von Waldstruktur

Erhalt von Strukturelementen in selektiv genutzten Wäldern

Jürgen Bauhus
Doktorandinnen: Andreea Petronela Spinu (seit 2019) & Rose-Marie Oksanen (seit 2022)

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät Umwelt & Natürliche Ressourcen, Institut für Forstwissenschaften,
Professur für Waldbau

Hintergrund

Baumbezogene Mikrohabitate (TreMs, von tree related microhabitats) sind spezifische Strukturen, die an stehenden Bäumen vorkommen und eine wesentliche Lebensraumkomponente für viele waldbewohnende Arten darstellen. Einige Beispiele für baumbezogene Mikrohabitate sind Höhlen, große Totäste, lose Rinde, Epiphyten, Pilzkonsolen, Stammrisse oder -fäulen. Lebende und tote Bäume, die TreMs unterstützen oder das Potenzial haben, TreMs zu entwickeln, werden als Habitatbäume bezeichnet. Die Entwicklung sowohl der Habitatbäume als auch ihrer TreMs beeinflusst das Lebensraumangebot für viele waldbewohnende Arten.

Forschungsfrage und Hypothese

In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf:

• ie Determinanten des Vorkommens von Mikrohabitaten an Bäumen, z. B. Baumart und -dimension, Umweltvariablen und räumliche Verteilung der Habitatbäume;

• den Einfluss der Intensität der Wald- oder Baumbewirtschaftung und der Zeit seit Beendigung der Bewirtschaftung in Schutzgebieten auf die Entwicklung von TreM;

• die zeitliche Dynamik einschließlich der Langlebigkeit von Habitatbäumen und TreMs;

• TreMs als Indikator für den Artenreichtum und die Vielfalt verschiedener waldbewohnender Taxa.

• den Einfluss von Habitatbäumen auf ihre Umgebung, insbesondere auf die Baumverjüngung

 Das Teilprojekt umfasst zum gegenwärtigen Zeitpunkt drei verschiedene Promotionsprojekte:

1. "Baumbezogene Mikrohabitate als Auswahlkriterien für Habitatbäume in der naturnahen Waldbewirtschaftung" , Thomas Asbeck (Abschluss 2019);
2. "Qualität und Langlebigkeit von Habitatbäumen und ihren baumbezogenen Mikrohabitaten", Andreea Spinu (Beginn 2019);
3.  "Bildung und Entwicklungsdauer von Mikrohabitaten auf Einzelbaum- und Waldbestandsebene",  Josef Grossmann (abgeschlossen 2021).

In der ersten Phase haben wir uns auf die bestimmenden Fakotren der Abundanz und Diversität von Mikrohabitaten auf potenziellen Habitatbäumen in 135 Ein-Hektar-Parzellen des ConFoBi-Designs konzentriert. Zu diesem Zweck wurde eine vollständige Bestandsaufnahme der baumbezogenen Mikrohabitate (TreMs) anhand eines detaillierten Katalogs für die größten 15 Bäume pro Parzelle durchgeführt. Auf Grundlage dieser Daten wurde der Einfluss von Baum-, Bestandes- und Landschaftsmerkmalen auf die Häufigkeit und den Reichtum von TreMs analysiert.

In der zweiten Phase liegt der Schwerpunkt auf der Sterblichkeit von Habitatbäumen und der Dynamik von TreMs. Informationen über die Sterblichkeit von Habitatbäumen waren bisher nur für Regionen wie Nordamerika, Skandinavien oder Australien verfügbar, in denen Bäume im Rahmen der Ernte in Form von Kahlschlägen erhalten wurden, nicht aber für selektiv genutzte Wälder in Europa mit einem kontinuierlichen Kronendach. Diese Information ist von entscheidender Bedeutung, da Habitatbäume über einen sehr langen Zeitraum Lebensraumstrukturen bieten sollen, im Idealfall bis sich eine neue Generation von reifen und überreifen Bäumen entwickelt hat. Sterben Habitatbäume jedoch schon nach kurzer Zeit ab oder verschwinden TreMs, gehen Lebensräume für Arten verloren oder werden beeinträchtigt. Daher ist bei der Auswahl von Habitatbäumen zum Teil abzuwägen zwischen der Bereitstellung bestimmter, sehr wertvoller Mikrohabitat, wie z. B. Zunderschwammkonsolen, die Hunderte von anderen Arten beherbergen können, und der Langlebigkeit von Habitatbäumen, die von diesen Pilzen befallen werden.

In der zweiten Phase werden folgende spezifische Hypothesen untersucht:

• Die Gesamtabundanz und -vielfalt von Mikrohabitaten ist auf toten Bäumen deutlich höher.

• Die Langlebigkeit von Mikrohabitaten, die mit Holzeigenschaften zusammenhängen (z. B. Kronentotholz, Höhlen usw.), ist bei Nadelbäumen (Tanne und Fichte) höher als bei Laubbäumen (Buche und Ahorn).

• Die Sterblichkeit von Habitatbäumen ist höher als die von durchschnittlich großen Bäumen, da Bäume mit größerem DBH eher von Umweltstress betroffen sind und ihre Vitalität durch das Auftreten einiger Mikrohabitate (Saftfluss, Pilzkonsolen, Mistelvorkommen) verringert wird.

• Die Sterblichkeit von Habitatbäumen unterschiedet sich zwischen den Baumarten und wird durch den landschaftlichen Kontext (z. B. Höhenlage, lokales Klima) beeinflusst.

Das Projekt von Joseph Großmann konzentrierte sich auf die Faktoren, die die Häufigkeit, Verteilung und zeitliche Entwicklung von Baum-Mikrohabitaten beeinflussen, um den relativen ökologischen Wert von Baum-Mikrohabitaten zu bewerten. Ein Schwerpunkt seiner Arbeit waren Habitatbaumgruppen und Kleinwaldreservate aus dem Alt- und Totholzkonzept (AuT-Konzept), das im Staatswald von Baden-Württemberg angewandt wird. Ein weiterer Teil seines Projekts befasste sich mit der Mikrohabitatvielfalt von Stadtbäumen. Zu diesem Zweck wurde in der Stadt Montréal der Einfluss verschiedener Bewirtschaftungsansätze auf die Mikrohabitatvielfalt bei Stadtbäumen untersucht. Diese Studie wurde in Zusammenarbeit mit Christian Messier durchgeführt, der durch einen Alexander von Humboldt-Preis unterstützt wurde.

Ansatz, Methoden und Verknüpfungen

Das Auftreten von Baumsterben an Habitatbäumen wird in der Regel durch terrestrische Erhebungen, teilweise in Kombination mit Fernerkundungsansätzen, ermittelt (siehe A1). Die Bewertung der Sterblichkeit von Habitatbäumen basiert auf einer Kombination aus wiederholten bodengestützten Erhebungen aller ConFobi-Flächen und Fernerkundungsansätzen in der weiteren Landschaft, um die Mortalität von Bäumen zu quantifizieren, die entweder einzeln und verstreut oder in Büscheln erhalten geblieben sind. Auf dieser Grundlage werden Modelle entwickelt, die Attribute der Habitatbäume (z. B. Art, Größe, prädisponierende Faktoren wie das Vorhandensein von Pilzklammern usw.), Standorteigenschaften (z. B. Bodenart, Exposition) und die räumliche Anordnung der Habitatbäume einbeziehen, um deren Sterblichkeit vorherzusagen.

Die Bewertung der Langlebigkeit von TreM erfordert die Entwicklung einer Reihe unterschiedlicher Ansätze für die verschiedenen Arten von TreM, die derzeit entwickelt werden. Zusätzlich werden neue Techniken für eine objektivere Bewertung von TreM entwickelt, einschließlich detaillierter Messungen der Größe von TreM (z. B. terrestrisches Laserscanning, gemeinsam mit A1).

Ergebnisse

Das Vorkommen von elf verschiedenen Kategorien von Mikrohabitaten stand im Zusammenhang mit der Waldbewirtschaftung, dem Waldtyp, der Höhenlage und dem mittleren Baumdurchmesser. Die durchschnittliche Abundanz und Diversität von TreMs kann also mit leicht verfügbarer Information zu  Waldattributen vorhergesagt werden (Asbeck et al. 2018). Wir fanden außerdem, dass der Erhalt von Hatitatbäumen in Gruppen  nicht zu einer größerer Abundanz und einem größeren Reichtum der meisten Mikrohabitate führt, als wenn die Hatitatbäume in einer verstreuten Verteilung auf der Fläche erhalten werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass es wichtiger ist, die richtigen Habitatbäume in angemessener Menge auszuwählen, als sich auf deren Gruppierung zu konzentrieren, was aus anderen Gründen geschehen kann. Für die Region Schwarzwald wird die zukünftige Bewirtschaftungsintensität einen stärkeren Einfluss auf das Mikrohabitatangebot haben als der Klimawandel, wie in einer interdisziplinären Verbundanalyse mit den Projekten C1 und B6 festgestellt wurde (Augustynczik et al. 2018). In einem Verbundprojekt mit A1 wurde festgestellt, dass die Abundanz und Diversität von TreMs mit fernerkundeten Variablen wie Waldstruktur (z. B. Baumhöhe, Bestandsdichte) und Geländevariablen nicht ausreichend gut vorhergesagt werden kann (Frey et al., 2020). Es bestand nur ein schwacher signifikanter Zusammenhang zwischen den Prädiktoren und der Abundanz und Vielfalt der Mikrohabitate. Dies zeigt, dass wir Mikrohabitate nach wie vor auf der Grundlage terrestrischer Bestandsaufnahmen identifizieren und quantifizieren müssen. Das Laserscanning könnte jedoch in Zukunft auch für eine Reihe von Baumarten eingesetzt werden.

Eine in Europa verbreitet Typologie von Mikrohabitaten wurden getestet und erwies sich auch für die Wälder Nordamerikas als geeignet. Eine vergleichende Studie hat gezeigt, dass die Faktoren für die Häufigkeit und den Reichtum von TreM in den Bergwäldern Europas und Nordamerikas ähnlich sind und ihr Vorkommen durch funktionelle Gruppen von Baumarten erklärt werden kann (Asbeck et al., 2020). Eine weitere Zusammenarbeit zwischen A2 und Forschern der CZU-Universität in Prag zeigte, dass Bäume in Primärwäldern der Karpaten eine ähnliche, aber größere Fülle aller und spezifischer Arten von TreMs beherbergen als Bäume in bewirtschafteten Wäldern des Schwarzwaldes. Darüber hinaus wurde eine Übersichtsarbeit veröffentlicht, die darstellt, dass TreMs ein wichtiges Instrument für Waldbewirtschafter sein können, um die Auswahl von Habitatbäumen zum Erhalt biologischen Vielfalt zu steuern (Asbeck et al., 2021). Zahlreiche weitere gemeinsame Studien wurden durchgeführt; diese beschäftigten sich mit der Beziehung zwischen Mikrohabitaten und dem Vorkommen waldbewohnender Arten (Basile et al. 2020, Kaufmann et al. 2021), zwischen Waldbewirtschaftungsintensität und den mit Fernerkundungsmethoden erhobenen Strukturdaten (Asbeck & Frey, 2021) oder der Reaktion der Biodiversität auf verschiedene Waldstrukturvariablen (Asbeck et al. 2021).

Auf Grundlage der Beziehungen zwischen dem Auftreten von TreM und dem Baumdurchmesser und der Baumart wurden Schwellenwerte für Habitatbäume für 18 europäische Baumarten (13 Laubbäume, 5 Nadelbäume) abgeleitet. Diese Schwellenwerte beziehen sich auf Baumdurchmesser mit signifikant höheren Niveaus von Mikrohabitaten. Die Auswahl von Habitatbäumen von Laubbäumen mit einem Durchmesser von mehr als 70 cm und von Nadelbäumen mit einem Durchmesser von mehr als 86 cm führt zu einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit, dass sie (mehrere) Mikrohabitate aufweisen.

Intensive Baumpflege in städtischen Bäumen führte zu einem hohen Anteil bestimmter Mikrohabitate wie Höhlen und Verletzungen. Das Niveau war vergleichbar mit dem natürlicher, nicht bewirtschafteter Wälder (Großmann et al. 2020). Leichte Pflege von Stadtbäumen förderte mehr Totholz in der Krone als typische und intensive Pflegemaßnahmen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Baumpflege, um große lebende Bäume zu erhalten und um Mikrohabitate zu schaffen.

ConFoBi-Publikationen von A2

Asbeck, Thomas; Basile, Marco; Stitt, J.; Bauhus, Jürgen; Storch, Ilse & Vierling, K. T. (2020). Tree-related microhabitats are similar in mountain forests of Europe and North America and their occurrence may be explained by tree functional groups. Trees, 34, 1453–1466. URL https://link.springer.com/10.1007/s00468-020-02017-310.1007/s00468-020-02017-3.

Asbeck, Thomas & Frey, Julian (2021). Weak relationships of continuous forest management intensity and remotely sensed stand structural complexity in temperate mountain forests. Eur J Forest Res, 140, 721–731. URL 10.1007/s10342-021-01361-4.

Asbeck, Thomas; Großmann, Josef; Paillet, Yoan; Winiger, Nathalie & Bauhus, Jürgen (2021). The Use of Tree-Related Microhabitats as Forest Biodiversity Indicators and to Guide Integrated Forest Management. Curr Forestry Rep, 7, 59–68. URL 10.1007/s40725-020-00132-5.

Asbeck, Thomas; Kozák, Daniel; Spînu, Andreea P.; Mikoláš, Martin; Zemlerová, Veronika & Svoboda, Miroslav (2022). Tree-Related Microhabitats Follow Similar Patterns but are More Diverse in Primary Compared to Managed Temperate Mountain Forests. Ecosystems, 25, 712–726. URL https://link.springer.com/10.1007/s10021-021-00681-110.1007/s10021-021-00681-1.

Asbeck, Thomas; Messier, Christian & Bauhus, Jürgen (2020). Retention of tree-related microhabitats is more dependent on selection of habitat trees than their spatial distribution. Eur J Forest Res, 139, 1015–1028. URL https://link.springer.com/10.1007/s10342-020-01303-610.1007/s10342-020-01303-6.

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Asbeck, Thomas; Sabatini, Francesco; Augustynczik, Andrey Lessa Derci; Basile, Marco; Helbach, Jan & Jonker, Marlotte et al. (2021). Biodiversity response to forest management intensity, carbon stocks and net primary production in temperate montane forests. Scientific reports, 11, 11. URL https://www.nature.com/articles/s41598-020-80499-410.1038/s41598-020-80499-4.

Augustynczik, Andrey Lessa Derci; Asbeck, Thomas; Basile, Marco; Bauhus, Jürgen; Storch, Ilse & Mikusiński, Grzegorz et al. (2019). Diversification of forest management regimes secures tree microhabitats and bird abundance under climate change. The Science of the total environment, 650, 2717–2730. URL 10.1016/j.scitotenv.2018.09.366.

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Kirsch, Jennifer-Justine; Sermon, Jana; Jonker, Marlotte; Asbeck, Thomas; Gossner, Martin M. & Petermann, Jana S. et al. (2021). The use of water-filled tree holes by vertebrates in temperate forests. Wildlife Biology, 2021. URL 10.2981/wlb.00786.

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Meyer, P.; Spînu, Andreea Petronela; Mölder, A.; Bauhus, Jürgen & Schuldt, B. (2022). Management alters drought‐induced mortality patterns in European beech (Fagus sylvatica L.) forests. Plant Biol J, 24, 1157–1170. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/plb.1339610.1111/plb.13396.

Spînu, Andreea Petronela; Asbeck, Thomas & Bauhus, Jürgen (2022). Combined retention of large living and dead trees can improve provision of tree-related microhabitats in Central European montane forests. Eur J Forest Res, 141, 1105–1120. URL https://link.springer.com/10.1007/s10342-022-01493-110.1007/s10342-022-01493-1.

Storch, Ilse; Penner, Johannes; Asbeck, Thomas; Basile, Marco; Bauhus, Jürgen & Braunisch, Veronika et al. (2020). Evaluating the effectiveness of retention forestry to enhance biodiversity in production forests of Central Europe using an interdisciplinary, multi‐scale approach. Ecology and evolution, 10, 1489–1509. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ece3.600310.1002/ece3.6003.