Bigler Christof

Spatial effects on mortality processes and rates on mountain pines in the Swiss National Park
Räumliche Einflüsse auf Absterbeprozesse und Mortalitätsraten von Bergföhren im Schweizerischen Nationalpark


Project Number: CH-4504
Project Type: Master
Project Duration: 01/01/2010 - 12/31/2010 project completed
Funding Source: ETH ,
Project Leader: Dr. Christof Bigler
Forest Ecology
Dept. Umweltsystemwissenschaften (D-USYS)
ETH Zürich
CHN G77
Universitätstrasse 22
8092 Zürich
Phone: +41 (0) 44 632 52 05 ; +41 (0) 44 632 25 23
FAX: +41 (0) 44 632 13 58
e-Mail: christof.bigler(at)env.ethz.ch
http://www.usys.ethz.ch/

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for which the project has a relevance.

Disciplines:
forestry

Keywords:
Dendroecology; tree rings; tree mortality; mortality rates; topography; mountain pine (Pinus montana = Pinus mugo var. uncinata); model selection; statistical modelling

Abstract:
Räumliche Einflüsse auf Absterbeprozesse und Mortalitätsraten von Bergföhren im Schweizerischen Nationalpark

Ein wichtiges Element der Waldsukzession bilden unter anderem Absterbeprozesse, welche die Struktur und Artenzusammensetzung von Waldbeständen massgeblich beeinflussen können. Die Mortalität und deren Ursachen sind aber noch wenig untersucht. Ziel dieser an der ETH Zürich durchgeführten Masterarbeit von Kathrin Kühne (Leitung: Dr. Christof Bigler) ist es, einen Beitrag zum Verständnis eben solcher Prozesse zu leisten und aufzuzeigen durch welche räumlichen Einflüsse die Mortalität beeinflusst wird. Um Mortalität und Absterben ganzheitlich zu verstehen, wurden darüber hinaus auch Wachstumsmuster einzelner Bergföhrenindividuen untersucht.

Der Schweizerische Nationalpark bietet die Möglichkeit, Sukzessionsabläufe zu untersuchen, da sich dort die Natur seit der Parkgründung 1914 vor menschlichen Einflüssen geschützt entwickeln kann. Auf elf verschiedenen Untersuchungsflächen wurde die Anzahl frisch abgestorbener Bergföhren (Pinus montana) sowie deren Brusthöhendurchmesser aufgenommen. Mit Hilfe bereits 2001 erhobener Daten zur Anzahl lebender Bergföhren konnten so Mortalitätsraten für verschiedene Durchmesserklassen berechnet werden. Zusätzlich wurde notiert, ob die abgestorbenen Bäume allfällige Schäden aufwiesen. Darüber hinaus wurden gewissen Bergföhren Bohrkerne entnommen, um Aussagen bezüglich Wachstums- und Absterbemuster innerhalb einzelner Bäume machen zu können. Für die Analysen zu allfälligen Zusammenhängen der Mortalität mit unterschiedlichen topografischen Einflüssen, Bestandes-, Vegetations- und Bodendaten konnte auf eine umfangreiche, grössenteils bereits existierende Datengrundlage zurückgegriffen werden.

Die Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Mortalitätsraten der Bergföhre je nach Durchmesserklasse und Untersuchungsfläche zwischen 0.1% und 8.4% pro Jahr bewegen. Aufgrund der Tatsache, dass in einzelnen Beständen z.T. über die Hälfte aller abgestorbenen Bergföhren äusserlich erkennbare Schäden aufwiesen, wurden die Absterberaten separat für Daten zu Bäumen mit resp. ohne unmittelbar ersichtliche Mortalitätsursachen ausgewertet. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Verläufe der Durchmesserklassen-Mortalitätsratentrends erheblich unterscheiden. Während die Mortalität von Bergföhren ohne Schäden durch eine abnehmende Absterberate mit zunehmendem BHD charakterisiert ist, weisen Bergföhren mit mechanischen Schädigungen darüber hinaus einen erneuten Anstieg der Raten ab Durchmessern von 30 cm auf. Dies deutet darauf hin, dass Bäume ab einem gewissen BHD anfälliger für physikalisch bedingte Störungen werden.
Es erwies sich als schwierig, die Variabilität der Mortalitätsraten anhand räumlicher Einflüsse nachzuweisen, was unter anderem auf die Vielzahl verschiedener Faktoren, deren Abhängigkeiten untereinader sowie der relativ geringen Anzahl Beobachtungen im Vergleich zur Anzahl Variablen zurückzuführen ist. Aufgrund der Resultate einer Hauptkomponentenanalyse sowie anhand einer gutachterlichen Experteneinschätzung wurden schliesslich einige Variablen ausgewählt, von denen angenommen wurde, dass sie einen Teil der Variabilität der Mortalitätsraten erklären können. Diese fanden schliesslich Eingang in ein angepasstes logistisches Modell, mit welchem die Mortalitätswahrscheinlichkeit je Durchmesserklasse - separat für Bergföhren mit und ohne Schäden - vorausgesagt werden sollte. Es stellte sich heraus, dass sich bereits anhand des Brusthöhenedurchmessers als einzige erklärende Variable gute Voraussagen machen liessen. Es bleibt unklar, mit welchen weiteren Faktoren sich die Modelle für Bäume ohne Schäden massgeblich verbessern lassen. In Modellen, welche Daten von geschädigten Bergföhren verarbeiten, stellte sich die Hangneigung als wichtiger erklärender Faktor heraus. Der negative Zusammenhang zwischen Mortalitätsraten und Hangneigung ist vermutlich auf die unterschiedliche Wasserverfügbarkeit in flachen und steilen Beständen zurückzuführen.

Die Auswertungen zu den analysierten Bohrkernen hat ergeben, dass sich die Wachstumsmuster lebender und abgestorbener Bergföhren grundsätzlich gleichen, es aufgrund des einsetzenden Absterbeprozesses bei toten Bergföhren aber rund 10 Jahre vor dem endgültigen Einstellen des Wachstums zu signifikanten Unterschieden kommt. Ein Bezug zwischen Jugendwachstum und Langlebigkeit abgestorbener Bergföhren konnte nicht nachgewiesen werden, was möglicherweise darauf hiniweist, dass Bergföhren zu Beginn ihres Wachstums bezüglich der Allokation ihrer Ressourcen auf Wachstum oder Abwehr noch nicht differenziert sind.


Leading questions:
Absterbeprozesse von Bäumen sind ein wichtiges Element der Sukzession. Durch die Bildung von Lücken im Waldbestand können Bäume der gleichen Art oder anderer Arten aus der Unterschicht in die Oberschicht gelangen. Allerdings ist noch wenig untersucht, inwiefern sich räumliche Einflüsse (Topographie, Boden- und Bestandeseigenschaften) auf Absterbeprozesse und Mortalitätsraten von Bäumen auswirken (Bigler und Veblen 2009, Guarin und Taylor 2005, Stephenson und van Mantgem 2005, van Mantgem und Stephenson 2007). Im Rahmen dieser Masterarbeit werden in ca. 10 Waldbeständen im Schweizerischen Nationalpark Mortalitätsraten von kürzlich abgestorbenen Bergföhren (Pinus montana) ermittelt. Zusätzlich werden Bohrkerne von frisch abgestorbenen, stehenden Bergföhren entnommen, um räumliche Einflüsse auf Wachstumsmuster zu untersuchen. Aus den zu untersuchenden Beständen liegen bereits umfangreiche Messungen zur Baumartenzusammensetzung (Baum- und Strauchschicht), Bestandesstruktur, Zusammensetzung und Produktivität der Krautschicht, Lichtverhältnisse und Bodeneigenschaften (z.B. pH, Körnung, Dichte, Kohlenstoffgehalt, Wasserverfügbarkeit) vor (Risch 2004, Risch et al. 2008). Im Jahrringlabor werden die Jahrringbreiten der abgestorbenen Bergföhren gemessen und datiert. Zusätzlich werden Bohrkerne von lebenden Bergföhren gemessen und datiert, welche im Jahr 2001/2002 von Anita Risch entnommen wurden. Für die Datierung der Jahrringe existiert bereits eine Chronologie aus dem aktuell laufenden Projekt von Christof Bigler. Die räumlichen Daten werden im GIS visualisiert und weiter mit deskriptiven und inferentiellen Methoden der Statistik analysiert.


URL: http://www.fe.ethz.ch/education/Theses/completed

Publications:
Kühne K 2011: Räumliche Einflüsse auf Absterbeprozesse und Mortalitätsraten von Bergföhren im Schweizerischen Nationalpark. Master thesis, ETH Zürich.
pdf Masterthesis



Last update: 3/27/18
Source of data: ProClim- Research InfoSystem (1993-2020)
Update the data of project: CH-4504

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