Untersuchung

In den Hoch- und Kammlagen des Thüringer Waldes (750-900 m ü. NN) wurden 2015 und 2016 auf zwei Kyrill-Sturmwurfflächen die hangaufwärts und hangabwärts gerichtete Samenausbreitung der Birke untersucht (Abb. 1). Hierfür erfolgte in Abständen von 20 m die Aufstellung von Samenfallen (Abb. 2) entlang von kreuz- und sternförmig verlaufenden Transekten. In einem 200 m breiten Streifen um die Sturmwurfflächen wurden alle Positionen fruktifizierender Sandbirken kartiert.

Zweiteilige Abbildung zur Waldstruktur. Links ist ein Mischbestand mit hohen Fichten und einer schlanken Birke im Vordergrund zu sehen. Die Aufnahme erfolgt aus der Untersicht in die Baumkronen bei klarem, blauem Himmel. Rechts zeigt die Aufnahme einen steilen Waldrand mit einem Bestand aus hohen Fichten. Im Vordergrund befinden sich trockene Gräser, Farne sowie ein braun verfärbter Laubbaum. Am Hang ist eine aufgelockerte Waldstruktur mit natürlicher Verjüngung erkennbar; am Fuß des Hanges verläuft ein Waldweg.

Abb. 1: Untersuchungsflächen zur Beprobung des hangauf- und hangabwärtsgerichteten Samenflugs (Foto: K. Tiebel).

Freifläche in einem Waldgebiet mit natürlicher Wiederbewaldung. Im Vordergrund stehen junge Fichten zwischen trockenen Gräsern, Brombeersträuchern und Krautvegetation. Zentral im Bild befindet sich ein schwarzer Niederschlagssammler auf einem Metallgestell. Dahinter liegt ein großer Wurzelstock mit abgestorbenem Holz. Im Hintergrund sind weitere Jungbäume sowie ein angrenzender Fichtenbestand unter blauem Himmel zu erkennen. Die Aufnahme dokumentiert eine Wiederbewaldungsfläche mit einer Messeinrichtung zur Erfassung von Niederschlägen.

Abb. 2: Netztrichtersamenfalle (Foto: K. Tiebel).

Birkensamendichten

Die Samendichten erreichten ihr Maximum in unmittelbarer Nähe der Birkensamenbäume und sanken bis zu einer Distanz von 50 m stark ab (Abb. 3). Je nach Samenjahr wurden bei 50 m Distanz zum nächsten Samenbaum trotz alledem noch Samendichten von 66 bis 1.299 n m-² (2015 und 2016) erzielt.

Streudiagramm zur Beziehung zwischen der Distanz zu einem Birkensamenbaum und der Birkendichte pro Quadratmeter. Auf der x-Achse ist die Distanz zum Birkensamenbaum in Metern (0–350 m), auf der y-Achse die Birkendichte pro m² dargestellt. Blaue Quadrate kennzeichnen Messwerte aus dem Jahr 2015, rote Kreise Messwerte aus dem Jahr 2016. Die höchsten Birkendichten treten in geringer Entfernung zum Samenbaum auf und nehmen mit zunehmender Distanz stark ab. Zwei eingezeichnete Regressionskurven verdeutlichen diesen negativen Zusammenhang für beide Untersuchungsjahre. Ab etwa 100 Metern Entfernung liegen die meisten Werte nahe null, unabhängig vom Jahr.

Abb. 3: Distanzabhängige Sandbirken-Samendichten für die Untersuchungsjahre 2015 und 2016. 

Samenausbreitung bei Birke

In der Untersuchung konnte ein Einfluss des Reliefs nachgewiesen werden. Hangaufwärts wurden bei einer Distanz von 100 m zum nächsten Samenbaum Dichten von 24 und 41 n m-² (2015 und 2016) belegt. Im Vergleich dazu betrugen die ermittelten Samendichten bei 100 m Distanz hangabwärts 41 n m-² und 181 n m-² (2015 und 2016). Dementsprechend ergaben die Modellberechnungen mittlere Ausbreitungsdistanzen für jeden Birkensamen im Jahr 2015 und 2016 hangaufwärts 86 und 97 m und hangabwärts beachtliche 367 und 380 m. Bisher in Literaturquellen belegte Ausbreitungsdistanzen schwanken zwischen 30–125 m. Unterschiede in den mittleren Ausbreitungsdistanzen der Birkensamen traten nur zwischen den Untersuchungsflächen auf. Folglich waren diese unbeeinflusst von den jährlichen Schwankungen in der Samenproduktion. Dadurch ist die Samenausbreitung der Birke in die umgebenden Flächen ein verlässliches, planbares Phänomen. 

Ein zusätzlicher Himmelsrichtungseffekt (Hauptwindrichtung) konnte überraschenderweise nicht nachgewiesen werden. Die Erklärung hierfür liefern die viermonatigen, für derartige Studien sehr langen Untersuchungszeiträume und das Ausbleiben extremer Windereignisse während dieser Messphase. Während der jeweils viermonatigen Aufnahmen zeigten die monatlichen mittleren Windrichtungen hohe Schwankungen von ± 25 bis ± 122 °, an einigen Tagen sogar ± 206 °, weshalb für beide Untersuchungszeiträume keine vorherrschende Windrichtung identifiziert werden konnte. Folglich waren insgesamt für den gesamten Samenflugzeitraum keine – prinzipiell an Einzeltagen jedoch sehr wohl vorhandene ‒ gerichtete Ablagerungsmuster der Birkensamen nachweisbar.

Samenproduktion bei Birke

Liniendiagramm zur Samenproduktion je Birke in Abhängigkeit vom Brusthöhendurchmesser (BHD). Auf der x-Achse ist der Brusthöhendurchmesser in Zentimetern (ca. 13–42 cm) dargestellt, auf der y-Achse die Samenproduktion je Birke in Millionen Samen. Zwei Kurven vergleichen die Jahre 2015 (blau) und 2016 (rot). In beiden Jahren steigt die Samenproduktion mit zunehmendem Brusthöhendurchmesser an. Die Werte des Jahres 2016 liegen dabei deutlich über denen von 2015 und nehmen stärker zu. Bei einem BHD von etwa 13 cm beträgt die Samenproduktion rund 0,1 Millionen Samen im Jahr 2015 und etwa 0,6 Millionen Samen im Jahr 2016. Bei einem BHD von etwa 42 cm steigt sie auf rund 1,5 Millionen Samen (2015) beziehungsweise etwa 6,5 Millionen Samen (2016). Die Kurven verdeutlichen einen positiven Zusammenhang zwischen Baumdurchmesser und Samenproduktion sowie eine erheblich höhere Samenproduktion im Jahr 2016.

Abb. 4: Beziehung zwischen dem Brusthöhendurchmesser eines Sandbirken-Samenbaumes und der Samenproduktion für die Untersuchungsjahre 2015 und 2016.

Unsere Modellschätzung der durchschnittlichen Samenproduktion einer Sandbirke mit einem Brusthöhendurchmesser von 20 cm lag zwischen 0,35 Mio. (2015) und 1,5 Mio. (2016) Samen je Baum (Abb. 4). Die Samenproduktion im Jahr 2016 betrug damit das Fünffache im Vergleich zum Vorjahr. Die Samenproduktion wird grundsätzlich beeinflusst durch Samenbaumdimension, Kronenzustand, Vitalität, Alter und Konkurrenz im Kronenraum. Dennoch variiert die Samenproduktion alljährlich durch unterschiedliche Witterungsbedingungen, wodurch Mast- und Nichtmastjahre auch bei Birke auftreten. Die Literaturangaben über die Samenmengen einer Sandbirke schwanken zwischen 3,7–10 Mio. Samen in Mastjahren und 0,04–0,05 Mio. Samen in Zwischenjahren. 

Empfehlungen für die Praxis

Die Ausbreitung der Birkensamen wird vom 

- Geländerelief, 

- den Samenbaumpositionen (Tal- oder Hanglage, Bergkuppe) beeinflusst. 

Die abgelagerte Samendichte ist abhängig von

- der Distanz der Samenbäume zur Störungsfläche, 

- der Anzahl und Vitalität der Samenbäume und

- der wetterabhängigen Samenproduktion. 

Als waldbauliche ausreichende Mindestsamendichten für eine Wiederbewaldung werden 100-200 vitale Birkensamen je m² genannt. In unseren Mast- bzw. Nichtmastjahren wurden diese Mindestsamendichten hangaufwärts noch bis zu 50 bzw. 120 m und hangabwärts bis zu 80 bzw. 190 m entfernt zum nächsten Birkensamenbaum gefunden. Folglich fliegen Birkensamen nur in Mastjahren in waldbaulich relevanten Dichten in Distanzen von mehr als 100 m zum nächsten Samenbaum an. Im Vergleich zur ebenfalls windverbreiteten Pionierbaumart Salweide ist die Samenausbreitung der Sandbirke damit räumlich limitiert. Daher sollte für eine zukünftig risikoangepasste Waldbaustrategie eine räumliche Optimierung der Birkensamenbäume innerhalb des Forstbetriebes vorgenommen werden. Dabei gilt es möglichst viele, vitale Samenbäume, bevorzugt kleine Gruppen (weil pflegeextensiver), mehr oder weniger regelmäßig im Wald verteilt vorzuhalten und zu pflegen. Für stark hügeliges Gelände ergeben sich mindestens 4 (hangabwärts) und 16 (hangaufwärts) Samenbäumen je Hektar.

Ab einer Störungsflächengröße von etwa 4 Hektar ist jedoch eine vollflächige Wiederbewaldung im Zeitraum der üblichen gesetzlichen Wiederbewaldungsfristen aufgrund der begrenzten Ausbreitungsentfernung der Birke kaum möglich. Die natürliche Wiederbewaldung derart großer Flächen sollte an der Störungsflächenperipherie stattfinden und im Störungsflächenzentrum sollten zusätzliche künstliche Wiederaufforstungsmaßnahmen geplant werden. Darüber hinaus sollten dringend stehen gebliebene Samenbäume auf der Störungsfläche verbleiben und potentielle Samenbäume in den umliegenden Beständen nach Möglichkeit bereits im Vorlauf gefördert oder spätestens nach dem Schadereignis vitalisiert werden. Diese Samenbaumvorsorge sollte prinzipiell auch für die neu entstehende Waldfläche von Beginn an mitgedacht werden. Denn, nach der Kalamität ist bekanntlich vor der Kalamität.