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Datum
Seite 0
Vorname Nachname
Titel der Veranstaltung
Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf
Witterungsstress – Vergleich von ausländischen
und einheimischen Fichtenherkünften
Dr. Wolfgang Beck, Thünen-
Institut für Waldökosysteme
Eberswalde

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2. April 2014
Seite 1
Wolfgang Beck
Tag von Sachsenforst
Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Problemstellung:
Fichte ist Hauptbaumart in Sachsen (34,6%), Anbau nicht nur im
Gebirge, auch in tieferen Lagen außerhalb der natürlichen Verbreitung
Veränderung der klimatischen Standortsbedingungen im Laufe der
letzten drei Jahrzehnte

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2. April 2014
Seite 2
Wolfgang Beck
Tag von Sachsenforst
Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Problemstellung:
Fichte ist Hauptbaumart in Sachsen (34,6%), Anbau nicht nur im
Gebirge, auch in tieferen Lagen außerhalb der natürlichen Verbreitung
Veränderung der klimatischen Standortsbedingungen im Laufe der
letzten drei Jahrzehnte

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2. April 2014
Seite 3
Wolfgang Beck
Tag von Sachsenforst
Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Problemstellung:
Fichte ist Hauptbaumart in Sachsen (34,6%), Anbau nicht nur im
Gebirge, auch in tieferen Lagen außerhalb der natürlichen Verbreitung
Veränderung der klimatischen Standortsbedingungen im Laufe der
letzten drei Jahrzehnte
Folgen: erhöhte Transpiration, bei begrenzter Wasserverfügbarkeit
Wasserstress, Welke, erhöhte Befallsdisposition durch Schadinsekten
Fragestellung:
Kann die Baumart Fichte mit der jetzigen Verbreitung Hauptbaumart
bleiben ?
Gibt es Fichten-Herkünfte, die an Trockenheit und Hitze besser angepasst
sind als die autochtonen sächsischen Provenienzen ?

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Seite 4
Wolfgang Beck
Tag von Sachsenforst
Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
„Bestimmung der Anpassungsfähigkeit von Fichten-(Picea abies [L.] Karst.)-
Beständen für den Anpassungsprozess der sächsischen Forstwirtschaft an
Klimaänderungen“
Projekt zwischen dem SB Sachsenforst und dem Thünen-Institut für
Waldökosysteme 2011 - 2012
Einheimische Provenienzen: Carlsfeld, Erzgebirgskamm, 940m ü. NN
Reinhardtsdorf, Sächsische Schweiz, 230m ü. NN
Tannenwald, südöstl. Brandenburg, 60m ü. NN
Ausländische Herkünfte: Rycerka, Polen, Beskiden, 700m ü.NN.
Nementschina, Litauen, 120m ü. NN.
Tschepelare, Bulgarien, Rhodopen, 1000m ü. NN.
Untersuchungsobjekte:
Ausgangsbestände in Carlsfeld, Reinhardtsdorf und Tannenwald
Provenienzversuche Borstendorf (Erzgebirge, 460m ü. NN) und
Hohenleipisch (südl. Brandenburg, 120m ü. NN.) mit den drei einheimischen
und den drei ausländischen Fichtenherkünften; je 3 Parzellen

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Seite 5
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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ausgangsbestände:
Wie wirken die unterschiedlichen lokalen Klimate auf den Wachstumsverlauf
und die jährlichen Wachsraten ?
Provenienzversuche:
Zeigen die betrachteten Fichten-Provenienzen bei jeweils lokal gleichen
Standortsbedingungen unterschiedliche Reaktionsmuster ?
Ausgeführte Untersuchungen:
Bohrkernentnahmen, Erfassung der Jahrring-Zeitreihen, Rekonstruktion
des Wachstumsablaufs, dendroklimatologische Analysen
(Weiserjahranalyse, Witterungs-Wirkungs-Modelle, Szenarienrechnungen)
Radiodensitometrische Analysen zum Nachweis von Stressreaktionen
anhand innerjährlicher holzanatomischer Merkmale (TUD, FR
Forstwissenschaften, Professur f. Forstnutzung, Dr. B. Günther)
Isotopenanalysen zum Nachweis physiologischer Stressreaktionen
(GFZ Potsdam, Dr. I. Heinrich)

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf der Ausgangsbestände

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf der Ausgangsbestände
Ähnlichkeiten:
mittl. Kreuzkorrelation: 0,579;
signifikant, alpha < 0,001;
mittl. wechselseitige Gleich-
läufigkeit: 63,4%, signifikant,
alpha < 0,05

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Seite 8
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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf in den Provenienzversuchen

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf in den Provenienzversuchen

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf in den Provenienzversuchen
Provenienzen in Borstendorf
Provenienzen in Hohenleipisch
Borstendorf vs. Hohenleipisch

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf in den Provenienzversuchen
Provenienzen in Borstendorf
Provenienzen in Hohenleipisch
Borstendorf vs. Hohenleipisch

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Wachstums- und Zuwachsverlauf in den Provenienzversuchen
Feststellung:
Die Ähnlichkeiten im Zuwachsverhalten zwischen verschiedenen Herkünften am
gleichen Versuchsstandort sind deutlich stärker als die Ähnlichkeiten jeweils gleicher
Herkünfte zwischen verschiedenen Versuchsstandorten.
Folgerung:
Die Standortseigenschaften überwiegen herkunftsbedingte Unterschiede bei weitem.

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Herkunftsspezifische Reaktionsmuster in Weiserjahren

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Herkunftsspezifische Reaktionsmuster in Weiserjahren
Gemeinsame Weiserjahre
aller sechs Herkünfte im
Versuch Borstendorf
Gemeinsame Weiserjahre
aller sechs Herkünfte im
Versuch Hohenleipisch
Frage: Gibt es trotz der
gleichartigen Zuwachsreak-
tionen in den gemeinsamen
Weiserjahren herkunfts-
spezifische Unterschiede ?

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Herkunftsspezifische Reaktionsmuster in Weiserjahren
Borstendorf
Hohenleipisch
NWJ 2003
NWJ 2000
PWJ 1997
PWJ 1995

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Ergebnisse: Herkunftsspezifische Reaktionsmuster in Weiserjahren
Beispiel Borstendorf, NWJ 2003;
Rycerka und Reinhardtsdorf zeigen zu
jeweils vier anderen Herkünften
signifikante Unterschiede (t-Test).
Ergebnis aller Tests in allen Weiserjahren:
Borstendorf: Reinhardtsdorf und Rycerka zeigen am häufigsten signifikante Unterschiede zu den
anderen Provenienzen.
Hohenleipisch: Reinhardtsdorf und Nementschina zeigen am häufigsten signifikante Unterschiede zu
den anderen Provenienzen.
Die so identifizierten Provenienzen in Borstendorf und Hohenleipisch , die zu anderen kontrastieren,
wurden mit Methoden der
Radiodensitometrie
und der
Isotopenanalyse
intensiver untersucht.
Fragestellungen:
In welchen Jahren hat der Witterungsverlauf den typischen innerjährlichen Holzdichte-Gradienten
verändert ?
Welche Veränderungen treten im Wasser- und Kohlenstoffhaushalt ein, wenn Bäume mit Trockenheit
und Hitze konfrontiert werden (water use efficiency) ?

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Radiodensitometrische Ergebnisse - Beispiel

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Radiodensitometrische Ergebnisse - Beispiel
Erkenntnis:
Vom Durchschnitt abweichende innerjähr-
liche Witterungsabläufe hinterlassen ihre
Spuren innerhalb des Jahrringes.
Neben der Breite der Jahrringe existieren
weitere holzanatomische Merkmale, die in
Beziehung zum Witterungsverlauf stehen.

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Isotopenanalysen – warum ?
Die Kohlenstoff-Isotopendiskriminierung δ13C charakterisiert atmosphärische- und
Bodenfeuchte, Lufttemperatur, Strahlung, CO
2
, Transpiration, Wasserdampfdruckdefizit und
Wassernutzungseffizienz der Bäume.
Wassernutzungseffizienz = Verhältnis zwischen Kohlenstoffgewinn durch Photosynthese und
Wasserverlust durch Transpiration
Abb. nach McCarrol & Loader, 2004,
veränd.

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Isotopenanalysen – Ergebnisse zur „water use efficiency“

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Isotopenanalysen – Ergebnisse zur „water use efficiency“
Hohenleipisch, Herkunft Reinhardtsdorf
y = -2,398x + 121,69
R
2
= 0,438;
signifikant, alpha <0,01
96
100
104
108
112
116
120
3
4
5
6
7
8
9
10
11
rel. Stoffprod. (JRB*MD)
WUE

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Analyse der Witterungswirkung auf die jährlichen Wachstumsraten

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Analyse der Witterungswirkung auf die jährlichen Wachstumsraten

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Analyse der Witterungswirkung auf die jährlichen Wachstumsraten

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Borstendorf
Hohenleipisch
kumulative Abweichungen
Ranking d. rel. Abweichungen
kumulative Abweichungen
Ranking d. rel. Abweichungen

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Erkenntnisse, Schlussfolgerungen
Die Wirkung der Witterung auf die Wachstumsraten ist abhängig von den Standortseigenschaften.
Die Versuchsstandorte weisen einen weiten klimatischen Gradienten auf und sind boden-
hydrologisch differenziert (Hohenleipisch 127 mm nFk; Borstendorf, Reinhardtsdorf 225 mm nFk).
Im Vergleich der Wachstums- und Zuwachsverläufe weisen die verschiedenen Provenienzen
weitgehende Ähnlichkeiten innerhalb des jeweiligen Versuchsstandortes auf. Unterschiede werden
durch die unterschiedliche Standortsausstattung der beiden Versuchsstandorte Borstendorf und
Hohenleipisch hervorgebracht.
Extreme Witterungsverläufe haben nicht nur Einfluss auf die Jahrringbreiten, sondern modifizieren
auch den innerjährlichen Holzdichteverlauf. Wärmere und graduell trockenere Witterung führt zu
höherer Holzdichte.
Moderne statistische Verfahren der Dendroklimatologie ermöglichen die Identifikation derjenigen
innerjährlichen Zeitabschnitte, in denen die Witterung signifikant auf Wachstumsraten und Holz-
dichte wirken. Die so bestimmten Witterungsvariablen ermöglichen die verlässliche Modellierung
der Witterungswirkung. Die berechneten Modelle ermöglichen zusammen mit Witterungs-Szenarien
die Abschätzung der weiteren Zuwachsentwicklung in den kommenden Jahrzehnten.
Keine der einheimischen Herkünfte neigt unter den zukünftig zu erwartenden Witterungsbedingun-
gen zum Ausfall. Die Herkünfte
Reinhardtsdorf und Tannenwald
sind auch
in Zukunft anbauwürdig
.
Der Anbau der Herkünfte
Rycerka und Tschepelare
wäre auf Grund ihres Wachstums und ihrer
witterungssensitiven Reaktionen
denkbar, aber nicht notwendig
.

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Erkenntnisse, Schlussfolgerungen
Die Zuwachsentwicklung der Ausgangsbestände zeigt eine nahezu zeitgleiche
Depressionsphase
von der Mitte der 1960er bis zur Mitte der 1990er Jahre. Dies ist durch den Eintrag schädlicher
Luftverunreinigungen
verursacht. Aktuell befinden sich die Fichtenbestände in einer Zuwachshoch-
phase. Dieser deutliche
Zuwachsanstieg
vollzog sich unter der Bedingung einer
Erwärmung !
Der
Zuwachsanstieg stellt einerseits eine Revitalisierung nach einer Depression dar, andererseits war
das
Fichtenwachstum bis in die 1980er Jahre Wärme-limitiert
.
15 Brandenburger Fichtenbestände
Quelle: N. Linke, 2012

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Herkunftstypische Zuwachsreaktionen auf Witterungsstress –
Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Erkenntnisse, Schlussfolgerungen
Die Zuwachsentwicklung der Ausgangsbestände zeigt eine nahezu zeitgleiche
Depressionsphase
von der Mitte der 1960er bis zur Mitte der 1990er Jahre. Dies ist durch den Eintrag schädlicher
Luftverunreinigungen
verursacht. Aktuell befinden sich die Fichtenbestände in einer Zuwachshoch-
phase. Dieser deutliche
Zuwachsanstieg
vollzog sich unter der Bedingung einer
Erwärmung !
Der
Zuwachsanstieg stellt einerseits eine Revitalisierung nach einer Depression dar, andererseits war
das
Fichtenwachstum bis in die 1980er Jahre Wärme-limitiert
.
15 Brandenburger Fichtenbestände
Quelle: N. Linke, 2012

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Erkenntnisse, Schlussfolgerungen
Die Zuwachsentwicklung der Ausgangsbestände zeigt eine nahezu zeitgleiche
Depressionsphase
von der Mitte der 1960er bis zur Mitte der 1990er Jahre. Dies ist durch den Eintrag schädlicher
Luftverunreinigungen
verursacht. Aktuell befinden sich die Fichtenbestände in einer Zuwachshoch-
phase. Dieser deutliche
Zuwachsanstieg
vollzog sich unter der Bedingung einer
Erwärmung !
Der
Zuwachsanstieg stellt einerseits eine Revitalisierung nach einer Depression dar, andererseits war
das
Fichtenwachstum bis in die 1980er Jahre Wärme-limitiert
.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
basal area increment (cm²/yr)
15 Brandenburger Fichtenbestände
Quelle: N. Linke, 2012

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Vergleich von ausländischen und einheimischen Fichtenherkünften
Schlussfolgerungen
Handlungsbedarf
Ersatzbaumarten – nicht notwendig !
Trockenheitstolerante Herkünfte – nicht notwendig !
Hochlagen, Kammlagen, mittlere Lagen
Schwerpunkt der problematischen Fichtenwald-Stabilität: die unteren Lagen und das Tiefland !
Sukzessiver Waldumbau im Laufe des Nutzungsvollzugs; Orientierung an der PNV
Weiterführende dendroökologische Untersuchungen zur Abgrenzung des Handlungsbedarfs !
Ost-West-Gradient
Zittauer Gebirge
Osterzgebirge
Westerzgebirge
Höhenlage-Gradient
600m
…m
…m
…m
350m
800m
…m
…m
…m
300m
900m
…m
…m
…m
300m

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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !