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Dr. Hans-Joachim Klemmt

LWF

Bayerische Landesanstalt
für Wald und Forstwirtschaft

Abt. Boden und Klima
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D-85354 Freising

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Autor(en): Redaktion waldwissen.net – LWF
Redaktion: LWF, Deutschland
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Holzstäbe – Sensoren gegen Waldbrände

Rauchschwaden, sengende Hitze und lodernde Flammen – mit einem Waldbrand ist nicht zu spaßen. Besser als Waldbrände zu bekämpfen ist es, sie zu vermeiden. Neben Waldbrandindizes könnte bei der Bestimmung der Waldbrandgefahr ein weiterer Parameter helfen: der Feuchtegehalt feiner Materialien am Boden.

Holzstäbe mit Sensoren
Abb. 1: Die mit Elektroden ausgestatteten Holzstäbe zur Ermittlung der Waldbrandgefahr an der Waldklimastation Altdorf (Foto: C. Schunk).

Entstehungsort von Waldbränden ist meistens der Boden. Dafür sind besonders trockene, leicht entzündbare Materialien nötig. Denn je trockener ein Material ist, desto weniger Energie benötigt das Verdunsten des im Material vorhandenen Wassers und desto leichter lässt es sich entzünden. Am Waldboden trocknen vor allem feine, abgestorbene Pflanzenteile wie Streu oder abgestorbenes Gras besonders schnell aus. Der Feuchtegehalt solcher Materialien könnte also zur Bestimmung der Waldbrandgefahr herangezogen werden.

Inhalt:

Bestimmung des Feuchtegehalts

Die klassische gravimetrische Methode zur Bestimmung des Feuchtegehalts dieser Materialien ist sehr aufwendig: Die Proben müssen händisch entnommen und anschließend im Labor gewogen und getrocknet werden. Es dauert mindestens 24 Stunden, bevor die Messwerte verfügbar sind. Die Feuchtigkeit der Waldstreu direkt und automatisiert zu messen, wurde immer wieder versucht. Diese Verfahren sind allerdings immer noch viel zu unsicher und wartungsintensiv für einen dauerhaften Betrieb an den Bayerischen Waldklimastationen (WKS).

Die aus Dänemark stammende Idee, anstelle der Waldstreu einfacher zu messende Referenzmaterialien zu verwenden, wurde in den USA weiterentwickelt. Dort benutzt man Rundstäbe aus Gelbkiefernholz (Pinus ponderosa). Die Vergleichbarkeit der Messwerte stellen genaue Sortierkriterien sicher. Anfangs wurden die Holzstäbe noch manuell gewogen. Da sie auf exakt 100 Gramm Trockenmasse zurechtgeschnitten waren, konnte man den aktuellen Feuchtegehalt aber direkt an der Waage ablesen. Mittlerweile gibt es mehrere Verfahren, die Feuchtigkeit der Holzstäbe automatisch zu erfassen.

Erprobung im Labor und im Wald

Feuchte von Streu und Holzstäben
Abb. 2: Zusammenhang zwischen automatisch gemessener Feuchte der Holzstäbe und gleichzeitig manuell bestimmter Streu- bzw. Grasfeuchte

Bei dem erprobten Verfahren sind zwei Elektroden in die Holzstäbe eingelassen, über die der Feuchtegehalt der Stäbe gemessen werden kann. Die Messwerte können vor Ort gespeichert aber auch direkt an die interessierten Stellen übermittelt werden. Dieses Verfahren ist insbesondere in Nordamerika bereits weit verbreitet; es gab aber einige Punkte, die vor einer möglichen Integration in das Messprogramm der WKS überprüft werden sollten. Dazu gehörten

  • die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messungen,
  • der Einfluss der Alterung der Holzstäbe sowie
  • die Zusammenhänge der Messwerte mit der Streufeuchte und anderen Parametern der Waldbrandgefahr.

Die Versuche fanden unter konstanten Bedingungen in einer Klimakammer sowie an zwei WKSen statt. An den WKSen wurde unter anderem auch die Feuchtigkeit von Waldstreu und abgestorbenem Gras mit der herkömmlichen, gravimetrischen Methode bestimmt, um die Zusammenhänge und Unterschiede der beiden Messverfahren festzuhalten (Abb. 2).

Ergebnisse der Untersuchungen

Eine Wiederholbarkeit der Messungen ist gegeben. Die größte Unsicherheit kommt durch geringfügige Unterschiede zwischen den einzelnen Holzstäben (z.B. Dichte), die sich auf die Messwerte übertragen. Diese Unsicherheit kann durch Kalibrierung minimiert werden, ist aber auch ohne diesen Zusatzaufwand tolerierbar.

Die Referenzstäbe sind während des Testzeitraums von einer Vegetationsperiode nicht nennenswert gealtert. Insofern müssen die Holzstäbe nur, wie vom Hersteller empfohlen, einmal jährlich ausgetauscht werden.

Es besteht auch ein erkennbarer Zusammenhang zwischen Werten des traditionellen Messverfahrens und der traditionell bestimmten Streufeuchte (Abb. 2). Für Kiefernstreu und abgestorbenes Gras an der WSK Altdorf ist er ausgeprägter als für Buchenstreu an der WKS Freising. Wahrscheinlich trocknet die Buchenstreu aufgrund ihrer geschichteten Struktur deutlich langsamer ab als die Referenzstäbe oder die Kiefernstreu und das trockene Gras aus dem Vorjahr. Zusammenhänge bestehen weiterhin mit gängigen Waldbrandindizes, beispielsweise dem Waldbrandindex des Deutschen Wetterdienstes. Die Messwerte sind ein zusätzlicher Parameter, der die Situation im Bestandsinneren wiedergibt, und können helfen die Gefährdungseinschätzung zu verfeinern.

Fazit

Die Untersuchungen zeigen, dass das Messverfahren grundsätzlich für ein dauerhaftes Monitoring an den Bayerischen Waldklimastationen geeignet ist. Der Betrieb der Messgeräte ist an der bestehenden Infrastruktur der WKSen ohne weiteres möglich.

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