Dendroökologische Analysen von Klima, Standort, Wachstum, Mortalität und Störungen

In meinen Forschungsprojekten untersuche ich zeitlich-räumliche Prozesse der Bestandesdynamik von Wäldern. Ich interessiere mich insbesondere für Wachstums- und Mortalitätsprozesse von Einzelbäumen und Waldbeständen wie auch für den Einfluss von natürlichen Störungen – zum Beispiel Feuer, Insektenepidemien und Trockenheit – auf Prozesse der Bestandes- und Landschaftsentwicklung. In meinen Studien arbeite ich oft mit dendrochronologischen Daten (siehe Jahrringlabor).

Laufende Projekte

Momentan arbeite ich an folgenden Projekten:

Klimatische und topographische Einflüsse auf Mortalitätsprozesse von Bergföhren im Schweizerischen Nationalpark

Baummortalitätsprozesse können sich schnell und langfristig auf die Struktur und Artenzusammensetzung von Waldbeständen wie auch auf demograpische Eigenschaften von Baumpopulationen auswirken. Im Schweizerischen Nationalpark haben verschiedene Studien hauptsächlich auf den Einfluss von Konkurrenz und Pathogenen auf Mortalitätsprozesse von Bergföhren (Pinus montana) fokussiert. Effekte der Klimavariabilität und insbesondere von extremen Klimaereignissen (Trockenheit, Hitzewellen, Frost) auf Wachstumsmuster und Baummortalität wurden jedoch kaum untersucht, obwohl aus anderen Studien bekannt ist, dass Mortalitätsraten zum Beispiel während und nach Trockenjahren ansteigen können. Im Schweizerischen Nationalpark mit seinem kontinentalen Klima sind in den letzten paar Jahren extreme Klimaereignisse wie zum Beispiel geringer Niederschlag oder hohe Temperaturen relativ häufig aufgetreten.

Das Ziel dieses Projektes ist, Effekte der Klimavariabilität und der Topographie auf Wachstumsmuster und Mortalitätsprozesse von Bergföhren im Schweizerischen Nationalpark zu untersuchen. Tote stehende und lebende Bergföhren werden an mehreren Standorten mit unterschiedlicher Exposition angebohrt. Um Wachstumsmuster und Absterbedaten zu rekonstruieren, werden die Jahrringe im Jahrringlabor gemessen und datiert. Der Einfluss des Klimas auf standortsspezifische Wachstumsmuster und die zeitliche Verteilung der Absterbejahre wird mit Hilfe von deskriptiven und analytischen Methoden untersucht.

Kontakt: Christof Bigler

Einfluss von Standortseigenschaften und Klima auf das Wachstum von Bäumen

Das Wachstum von Bäumen wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, unter anderem durch Grössen wie Baumart, Bestandesdynamik, Topographie, Bodeneigenschaften und Klimavariabilität. Die Berechnung und Voraussage des Wachstums, zum Beispiel Baumhöhe oder Durchmesser, für ein bestimmtes Alter und einen bestimmten Standort ist in der forstlichen Praxis von grosser Bedeutung.

In dieser Studie untersuche ich den Einfluss von verschiedenen Standortseigenschaften (Höhe über Meer, Hangneigung, Exposition, Bodentiefe) sowie der Klimavariabilität (Temperatur, Niederschlag, Trockenheit) auf die Entwicklung des Durchmesserwachstums. Die Datengrundlage bilden Jahrringreihen von abgestorbenen Bäumen von drei ökologisch unterschiedlichen Baumarten: Arizona Tanne (Abies lasiocarpa), Engelmanns Fichte (Picea engelmannii) und Dreh-Kiefer (Pinus contorta) aus subalpinen Wäldern im Norden von Colorado (USA). Mit Hilfe von sogenannten gemischten, nicht-linearen Wachstumsfunktionen modelliere ich den Einfluss verschiedener Standortseigenschaften auf den Durchmesser während eines bestimmten Alters.

Die resultierenden Wachstumsmodelle ermöglichen die Berechnung und Voraussage des erwarteten altersabhängigen Durchmessers an einem bestimmten Standort. Diese empirischen Wachstumsmodelle könnten somit eine Ergänzung zu den nach wie vor gebrauchten Ertragstafeln sein, welche auf Daten aus gleichaltrigen Beständen basieren. Zudem könnte mit Hilfe dieser Modelle zu einem späteren Zeitpunkt auch der Einfluss der Klimaänderung (Erhöhung der Temperatur, Änderung der Niederschlagsmengen) auf das Wachstum von Bäumen quantifiziert werden.

Kontakt: Christof Bigler

Abgeschlossene Projekte

Folgende Projekte sind abgeschlossen:

Beziehung zwischen Wachstumsraten, Standortseigenschaften und Lebensdauer von Bäumen

Schnelles Wachstum und grosse Baumhöhe scheint für Bäume von Vorteil zu sein, da unter anderem die Konkurrenzkraft gegenüber kleineren Bäumen grösser ist und die Generationszeit verkürzt wird. Allgemein ist aber bekannt, dass schnell wachsende Organismen dazu tendieren, weniger lang zu leben, und umgekehrt leben langsam wachsende Organismen häufig länger. Ein Grund für die kürzere Lebenserwartung von schnell wachsenden Bäumen scheint die geringere Allokation von Ressourcen in die Abwehr zu sein, was dazu führt, dass schnell wachsende Bäume häufiger von Insekten und Pilzen befallen werden. Die Beziehung zwischen Wachstumsraten und Lebensalter bei Bäumen wurde erst anhand von wenigen Studien empirisch gezeigt. Nebst der Wachstumsrate scheinen auch räumliche Einflüsse die Lebensdauer zu beeinflussen. Für bestimmte Baumarten, zum Beispiel für die Grannenkiefer (Pinus aristata; "bristlecone pine") im Südwesten der USA, ist schon länger bekannt, dass die ältesten Bäume häufig an exponierten Standorten wachsen und sich morphologisch von weniger alten Baumindividuen unterscheiden.

In dieser Studie untersuche ich den Einfluss von Wachstumsraten und Standortseigenschaften (Höhe über Meer, Hangneigung, Exposition, Bodentiefe) auf die Lebensdauer von Bäumen anhand von fünf ökologisch unterschiedlichen Baumarten in den Rocky Mountains und in den Schweizer Alpen: Arizona Tanne (Abies lasiocarpa), Engelmanns Fichte (Picea engelmannii) und Dreh-Kiefer (Pinus contorta) aus subalpinen Wäldern im Norden von Colorado (USA), Fichte (Picea abies) aus subalpinen Wäldern in Davos (Schweiz) und Waldföhre (Pinus sylvestris) aus kollinen Wäldern im Wallis (Schweiz).

Referenzen:

• Bigler C. and Veblen T.T. 2009. Increased early growth rates decrease longevities of conifers in subalpine forests. Oikos 118: 1130-1138
• Rötheli E., Heiri C. and Bigler C. 2012. Effects of growth rates, tree morphology and site conditions on longevity of Norway spruce in the northern Swiss Alps. European Journal of Forest Research 131: 1117-1125.
  

Kontakt: Christof Bigler

Änderungen von Streu- und Totholzmengen nach Baummortalität von subalpinen Koniferenarten im Norden von Colorado 

Streu und Totholz sind wichtige Elemente des Nährstoff- und Kohlenstoffkreislaufes, sie beeinflussen zudem die Baumverjüngung und erhöhen die Biodiversität. In feueranfälligen Ökosystemen sind die Qualität, Quantität und räumliche Verteilung von Streu und Totholz entscheidend für die Brandgefahr. Deshalb wird ein besseres Verständnis der Dynamik dieses Brennmaterials nach dem Absterben von Bäumen genauere Vorhersagen der Effekte auf die Brandgefahr ermöglichen.

Ich untersuche in dieser Studie Streu und Totholz von > 200 toten und lebenden Engelmanns Fichten (Picea engelmannii), Arizona Tannen (Abies lasiocarpa) und Dreh-Kiefern (Pinus contorta) aus subalpinen Wäldern im Norden von Colorado. Streumengen werden mit Hilfe von getrockneten Streuproben geschätzt, Totholzmengen werden für verschiedene Durchmesserklassen berechnet. Um eine Beziehung zwischen der Zeit nach dem Absterben und Streumengen herzustellen, habe ich basierend auf Jahrringen Absterbedaten bestimmt. Änderungen der Streumengen nach dem Absterben von Bäumen werden mit Hilfe eines negativ exponentiellen Regressionsmodelles und eines asymptotischen Regressionsmodelles analysiert, welche auf Chronosequenzen von Absterbedaten angewendet werden.

Referenz:

• Bigler C. and Veblen T.T. 2011. Changes in litter and dead wood loads following tree death beneath subalpine conifer species in northern Colorado. Canadian Journal of Forest Research 41: 331-340.
  

Kontakt: Christof Bigler