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Bewirtschaftung von Stieleichen-Mischwäldern auf Nassstandorten, Teilvorhaben 3: Dendrochronologie

Wachstumsforschung in den Subtropen und Tropen

Die in den äquatornahen Bereichen der Tropen innerhalb des ganzen Jahres relativ gleichbleibenden Lufttemperaturen veranlassten viele Wissenschaftler dazu, zu glauben, dass die Jahrringforschung in den gesamten Tropen nicht bzw. nur sehr schwer möglich ist. Sie gingen von einem kontinuierlichen Wachstum der Bäume und infolgedessen von einem Nichtvorhandensein von Jahrringen aus. In den letzten Jahren gelang es jedoch verschiedenen Wissenschaftlern die Existenz von Jahrringen und Zuwachszonen anderer Periodizität in tropischen Hölzern nachzuweisen. Somit konnten die bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts erbrachten Ergebnisse früher Pioniere auf dem Gebiet der Jahrringforschung bestätigt werden. Zuwachszonen in tropischen Hölzern entstehen dann, wenn die kambiale Aktivität aufgrund ungünstiger Wuchsbedingungen reduziert wird oder zum erliegen kommt. Als Ursache können hier die Trockenphasen in Gebieten mit Trockenzeiten sowie die submerse Phase in periodisch überschwemmten Gebieten genannt werden. Die Periodizität des Wachstums tropischer Bäume zu erkennen und zu verstehen, ist eine wichtige Voraussetzung für die Beantwortung vieler Fragen zu Zustand und Entwicklung der tropischen Wälder. Nur mit diesem Wissen und durch die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Umwelt und Wachstum können ökologische Fragestellungen angegangen, Fragen bezüglich der nachhaltigen Bewirtschaftung tropischer Waldökosysteme geklärt und auch die gerade in jüngster Zeit an Bedeutung gewinnenden Aspekte der Bedeutung der tropischen Wälder für das globale Klimageschehen ausreichend genau beantwortet werden. Das Institut für Waldwachstum erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern an der Universidade Federal de Santa Maria (Brasilien) das Wachstum verschiedener wertvoller heimischer Baumarten aus Rio Grande do Sul (Brasilien). Es werden Ansätze zur nachhaltigen Bewirtschaftung naturnaher Wälder hergeleitet. Das Institut für Waldwachstum hat darüber hinaus das Ziel, für tropische Bäume geeignete Analysemethoden zu schaffen, mit deren Hilfe auch große Stichproben weitestgehend automatisiert analysiert werden können. In diesem Zusammenhang besteht eine enge Kooperation in Forschung und Lehre mit Dr. Martin Worbes, Universität Göttingen.

Zuwachs und Klima

Der jaehrliche Zuwachs eines Baumes wird durch eine Vielzahl von sich gegenseitig ueberlagernden Faktoren bestimmt, Klima, Standort etc, deren Wirkung, einzeln oder als Gruppe, vornehmlich in Regressionsmodellen beschrieben wird. Zur Quantifizierung klimatisch bedingter Zuwachsreaktionen sind zunaechst durch Gegenueberstellung von Jahrringchronologien gefaellter Baeume und Messdaten regionaler Wetterstationen zuwachsrelevante Klimafaktoren zu bestimmen. Mit diesen Faktoren sind dann in einem zweiten Schritt Modelle zur Lokalisierung von langanhaltenden Zuwachsdepressionen, verursacht durch extreme Witterungsverhaeltnisse zu formulieren.

Am Puls der Bäume: Hochaufgelöste Messung und Analyse des Dickenwachstums und Wasserhaushalts von Buchen, Fichten, Tannen und Kiefern

Die Baumarten Rotbuche (Fagus sylvatica,) Rot-Fichte (Picea abies), Weiß-Tanne (Abies alba) und Wald-Kiefer (Pinus sylvestris) besitzen für die Wälder Europas und die europäische Forst- und Holzwirtschaft große Bedeutung. Daher ist es von großem Interesse, wie sich Umweltveränderungen und insbesondere klimatische Extremereignisse (z.B. Hitze und Trockenheit) auf deren Wachstum und Produktivität auswirken. Mit Hilfe hochpräziser Messfühler, sogenannter Punkt-Dendrometer, können Dickenänderungen von Baumstämmen registriert und aufgezeichnet werden. Diese werden sowohl durch den Prozess der Jahrringbildung als auch durch den täglichen Wechsel zwischen Quellen und Schwinden der nicht-verholzten Gewebe innerhalb des Stammes verursacht. Mit den Messungen können damit nicht nur Informationen über die jahreszeitliche Dynamik des Dickenwachstums, sondern auch über den Zustand der internen Wasserspeicher der Bäume gewonnen werden. Das Institut für Waldwachstum betreibt bereits seit 1990 Freiland-Messstationen, die mit Punkt-Dendrometern und Sensoren u.a. zur Messung von meteorologischen und bodenkundlichen Parametern ausgestattet sind. Vier Messstationen in der Umgebung von Freiburg sind entlang eines Höhengradienten von der Rheinebene zu den Schwarzwaldhochlagen angeordnet. Die Analyse dieser einzigartig langen Zeitreihen trägt dazu bei, die komplexen Interaktionen verschiedener Standortsfaktoren mit der kurz-, mittel- und langfristigen Wachstumsdynamik der untersuchten Baumarten im Freiland aufzuklären. Die Analyse der Dendrometerdaten wird durch die Untersuchung weiterer Wachstumsparameter wie Jahrringbreite, Zellparameter und hochaufgelöste Dichteprofile von Stammquerschnitten ergänzt. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Analyse der Reaktion der Baumarten auf die trocken-warmen Sommer der Jahre 2003 und 2006 gelegt. Die Ergebnisse erlauben eine bessere Abschätzung der möglichen Auswirkungen des prognostizierten Klimawandels auf den saisonalen Ablauf des Baumwachstums und geben Aufschluss über die Erholungsfähigkeit der Bäume nach Belastungssituationen.

Neue Algorithmen zur Datierung von Zeitreihen

Jahrringe in Bäume spiegeln die vergangenen Wachstumsbedingungen wider, die Bäume zeit ihres Lebens ausgesetzt waren. Im vorliegenden Projekt wird ein Rechenalgorithmus entwickelt, der bislang undatierte Jahrringsequenzen mit Angabe einer Trefferwahrscheinlichkeit datiert. Damit kann erstmals eine Datierungsmethode vorgestellt werden, mit der Datierungsvorschläge nicht nur lediglich automatisch erfolgen, sondern zusätzlich auch quantitative Maßzahlen über der die Richtigkeit dieser Datierung zur Verfügung gestellt werden. Das im Zuge des Projektes entwickelte Programmsystem wird in die interaktive Mess- und Datierungssoftware des Instituts für Waldwachstum integriert.

Wachstum und Trockenstress: Was verrät die Zellstruktur der Jahrringe über die Wasserversorgung der Bäume?

Der Prozess der Jahrringbildung wird durch innere und äußere Faktoren gesteuert. In diesem Kooperations-Forschungsvorhaben zwischen dem Institut für Waldwachstum und der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA), Freiburg untersuchen wir die Zellstruktur der Jahrringe von Fichten (Picea abies) und Buchen (Fagus sylvatica) mit besonderem Augenmerk auf Trockenstressreaktionen in den Jahren 1976 und 2003 sowie deren Nachwirkungseffekte. Die Untersuchungsbäume wurden an verschiedenen Standorten der Bodenzustandserfassung (BZE) sowie des intensiven Waldmonitorings (Level II) in Baden-Württemberg ausgewählt. Damit ist es möglich, standortangepasste Bodenwasserhaushaltsmodelle für die Untersuchungsstandorte zu parametrisieren und damit die Wasserverfügbarkeit der Bäume zu rekonstruieren. Das Ziel dieser jahrringbasierten Forschungsarbeit besteht darin, Zellparameter zu identifizieren, anhand derer Trockenstress-Intensitäten quantifiziert werden können. Zudem liefern die Auswertungen Daten und Informationen für die Validierung von Geländewasserhaushaltsmodellen.

Analyse von Strukturen in Jahrringen mit Methoden der Mustererkennung

Dendrochronologische Methoden verwenden Jahrringe von Bäumen als Informationsquelle für Umwelteinflüsse, denen der Baum in vergangenen Zeiten ausgesetzt war. Traditionell steht dabei die Jahrringbreite als zentrales Merkmal im Zentrum des Untersuchungsansatzes. Im vorliegenden Projekt wird über die Jahrringbreite hinaus auf Strukturen innerhalb eines Jahrringes zurückgegriffen. Grauwertsequenzen aus dem digitalen Bildanalysesystem des Instituts für Waldwachstum beschreiben diesen intraannuellen Strukturverlauf. Die Grauwertsequenzen werden mit Methoden des überwachten und unüberwachten Lernens (Clustering) auf Ähnlichkeiten untersucht. Kohonenkarten (Self organizing maps) stellen Jahre mit ähnlichem Kurvenverlauf in zweidimensionalen Karten dar. Die Ergebnisse werden anschließend in eine interaktive Software zur Jahrringdatierung integriert, um die bisher nur über der Jahrringbreite erfolgte Datierung mit Parametern aus intraannuellen Strukturen zu optimieren.

Umwelt- und Klimaarchive der südlichen Anden: Ein Schlüssel zum Verständnis globaler Einflüsse

Es werden verschiedene Umwelt- und Klimaarchive im Hinblick auf deren Eignung zur Rekonstruktion postglazialer Klimabedingungen im Gebiet der südlichen Anden untersucht. Neben dendroökologischen Analysen von Jahrringsequenzen werden Seesediment- und Torfarchive untersucht. Entlang eines Ost-West-Transektes in den südlichsten Andenausläufern Chiles wurden Stammscheiben von Pilgerodendrum uviferum, Nothofagus betuloides, N. antarctica and N. pumilio gewonnen. Diese werden in den Messlabors des Institut für Waldwachstum präpariert, vermessen und analysiert. Das Institut für Waldwachstum wirkt bei der statistischen Analyse der Dendrozeitreihen mit.

Jahresringanalyse an Fichte

Im Zusammenhang mit der immissionsoekologischen Waldzustandserfassung wurden an Fichten Stammscheiben entnommen. Mit Hilfe der Jahrringanalyse soll festgestellt werden, ab wann eine Schaedigung der Baeume eingetreten ist sowie der Versuch die Ertragseinbussen zu ermitteln.

Dendrochronologie: Dendroklimatische Untersuchungen an rezenten Hölzern aus dem nördlichen Bergland von Oman

In einem Pilotprojekt werden z. Zt. Bohrkerne von 50 rezenten Bäumen(Juniperus, Acacia, Sysiphus, Olea) mehrerer Standorte aus dem Hochland des Oman untersucht. Es soll durch Synchronisation der Jahrringfolgen untereinander und im Vergleich zur Niederschlags-Messreihe von Muscat geprüft werden, ob die Ringfolgen ein annuelles Wachstumsverhalten repräsentieren und somit für eine mehrhundertjährige Rekonstruktion der Niederschlagsentwicklung in dieser Region geeignet sind. Die Bohrkerne wurden im Rahmen des DFG-Projekts 'Transformationsprozesse in Oasensiedlungen Omans. Teilprojekt: Stoff- und Nährstoffflüsse (Projektleiter: Priv. Doz. Dr. A. Bürkert, )', gewonnen. Bei Eignung des Materials ist eine Einbeziehung dendrochronologischer Auswertungen in einen Folgeantrag vorgesehen.

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