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Artikel

Autor(en): Marc Hanewinkel
Redaktion: FVA, Deutschland
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Klimawandel: Arealverschiebung von Hauptbaumarten in Südwestdeutschland

Im Zuge des Klimawandels wird die Fichte in den nächsten Jahrzehnten große Teile ihres potenziellen Verbreitungsgebietes in Südwestdeutschland ausschließlich aufgrund steigender Temperaturen verlieren. Zu diesem Ergebnis kam eine Modellberechnung der Klimafolgenforschung an der FVA. Die sogenannte "prädiktive Habitatmodellierung" berechnet die Arealverschiebung der Hauptbaumarten vor dem Hintergrund verschiedener Klimaszenarien.

Modellierung von Arealverschiebungen der Hauptbaumarten

Fichten im Klimawandel
Foto: S. Haas

Für 27 Baumarten in Deutschland veröffentlichte "Klimahüllen" (Kölling, 2008) haben eine Diskussion über die Eignung verschiedener Ansätze angestoßen, Empfehlungen für die künftige waldbauliche Eignung der heimischen Baumarten bei veränderten Klimabedingungen auszusprechen. Obwohl diese einfachen Klimahüllen eine Reihe von Vorteilen haben (u. a. sind sie für Praktiker relative leicht verständlich), muss der Nutzer ein grundlegendes Verständnis von den Grenzen und Vereinfachungen der Ergebnisse aus diesen Modellierungen haben, um sie richtig zu interpretieren. In Zukunft sollen bei neu entwickelten Modellen der Arealverschiebung vor allem die Unsicherheiten mit einbezogen und dargestellt werden.

Um die Arealverschiebung von Baumarten in Folge des Klimawandels seriös abschätzen zu können, muss hierfür die zukünftige Baumartenverteilung unter verschiedenen möglichen Klimaszenarien berechnet werden, da die tatsächliche Klimaentwicklung heute nicht exakt vorhergesagt werden kann (s. hierzu den Beitrag "Klimaszenarien und ihre Auswirkungen"). Im Folgenden wurde die zukünftige Verteilung der Fichte für zwei Klimaszenarien (B1 und A2, s. hierzu den Infokasten) anhand eines anderen Ansatzes mit höherer Genauigkeit für waldbauliche Entscheidungen modelliert und anschließend ökonomisch bewertet.

Infokasten: Klimaszenarien des IPCC-Sonderberichts über Emissions-Szenarien (SRES)

B1: Das Szenario beschreibt eine globalisierte Welt, deren Bevölkerung im 21. Jahrhundert den Höchststand erreicht und danach wieder abnimmt. Die Wirtschaft entwickelt sich zu einer ökologisch ausgerichteten Dienstleistungs- und Informationswirtschaft. Es wird eine globale Lösung angestrebt, die eine wirtschaftliche, soziale und umweltgerechte Nachhaltigkeit mit erhöhter sozialer Gerechtigkeit ermöglicht. Zusätzliche Klimainitiativen sind wie bei allen SRES-Szenarien nicht enthalten.

Prognostizierte Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur bis 2100: 1,1–2,9 °C

A2: Das Szenario beschreibt eine sehr uneinheitliche Welt mit wachsender Bevölkerung. Die Staaten streben nach Eigenständigkeit und wollen ihre lokale Identität bewahren. Die Wirtschaft entwickelt sich regional. Das Wirtschafswachstum und der technologische Fortschritt sind langsamer als in den anderen Szenarien.

Prognostizierte Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur bis 2100: 2,0–5,4 °C

Modellierung der Arealverschiebung von Buche nach Fichte in Südwestdeutschland

Die Stichprobendaten der zweiten Bundeswaldinventur (BWI) in Baden-Württemberg gaben Auskunft über das Vorhandensein und das Fehlen der Baumart Fichte. Diese Daten dienten als Grundlage für die Modellierung. Des Weiteren flossen Daten in die Berechnung ein wie Hangneigung, Himmelsrichtung und Höhe ü. NN., die als topographische Variablen aus einem digitalen Höhenmodell abgeleitet wurden, sowie elf langfristig (1971–2000) ermittelte bioklimatische Daten. Bodenparameter wurden nicht in das Modell integriert. Vom Deutschen Wetterdienst (DWD) wurden Mitteltemperaturen des kältesten und wärmsten Monats, jährliche Trockenheitsindexe, Jahressummen sowie Summen über die Vegetationszeit (Mai bis Oktober) von Temperatur, Niederschläge, potenzielle Strahlungen und Wasserhaushalte eingebracht.

Im Beitrag wird zwischen fünf Arten von Arealverschiebungen unterschieden:

  1. Präsenz: Die Art ist sowohl in den derzeitigen BWI-Daten als auch in der Modellvorhersage für eine mögliche zukünftige Baumartenverbreitung für das entsprechende Szenario vorhanden.
  2. Absenz: Die Art ist weder in den derzeitigen BWI-Daten noch in der Modellvorhersage für eine mögliche zukünftige Baumartenverbreitung für das entsprechende Szenario vorhanden.
  3. Expansion: Die Art ist in den derzeitigen BWI nicht vorhanden, jedoch in der Modellvorhersage für eine mögliche zukünftige Baumartenverbreitung für das entsprechende Szenario vorhanden.
  4. Reduktion: Die Art ist in den derzeitigen BWI vorhanden, nicht jedoch in der Modellvorhersage für eine mögliche zukünftige Baumartenverbreitung für das entsprechende Szenario
  5. Extrapolation: Es wurde keine Modellvorhersage gerechnet für Orte, an denen mindestens eine der zukünftig vorhergesagten Klimavariablen im jeweiligen Szenario außerhalb ihres derzeitigen Wertebereiches lag. Das Modell kann für diese Klimaverhältnisse nicht auf in Südwestdeutschland gemessene Klimagrößen zurückgreifen.

Die Summe der Kategorien 1 und 3 wurde als – unter bioklimatischen Aspekten – potenziell zukünftig geeignetes Verbreitungsgebiet der Baumart Fichte für die beiden Klimaszenarien A2 und B1 interpretiert. Die im Jahr 2000 als geeignet eingestufte Fichtenfläche wurde mit der für die beiden Szenarien B1 und A2 als geeignet eingestuften Fläche ermittelte Fläche verglichen und die Differenz ökonomisch bewertet. Für die ökonomische Berechnung wurde angenommen, dass auf der zukünftig nicht mehr für die Fichte geeigneten Fläche immer noch Holzproduktion mit der Baumart Buche möglich ist.

Ergebnisse

Ergebnisse der Modellierung der Arealverschiebung der Fichte für Südwestdeutschland
Abb. 1: Entwicklung der potenziell möglichen Fichtenfläche in Südwestdeutschland für die zwei Klimaszenarien B1 und A2 – jedes Pixel stellt einen Stichprobenpunkt der Bundeswaldinventur dar.

grün = Fläche (unter bioklimatischen Aspekten) für Fichte möglich

rot = Fläche für Fichte nicht möglich

gelb = keine Stichprobe oder Extrapolationsbereich des Modells

obere Reihe: Szenario B1 – Jahr 2030 (links), 2065 (Mitte), 2100 (rechts)

untere Reihe: Szenario A2 – Jahre wie B1

Speziell für das Szenario A2 erkennt man, dass die Fichte auf die höchsten Erhebungen in Baden-Württemberg im Südwesten (Schwarzwald) und im Osten (Schwäbische Alb) zurückgedrängt wird. Beim Szenario A2 wird die Fichte im Jahr 2100 nur noch in Höhenlagen deutlich über 1000 m ü. NN vorkommen.

Tab. 1: Ergebnisse der Modellklassifikation für die oben genannten Kategorien für die beiden Klimaszenarien.
Szenario Absenz

[%]

Expansion

[%]

Präsenz

[%]

Exp.+Präs.

[%]

Reduktion

[%]

Extrapolation

[%]

B1 - 2030 22,8 9,2 46,0 55,3 20,8 1,2
B1 - 2065 21,5 5,9 35,0 40,9 30,7 6,9
B1 - 2100 19,1 3,5 25,3 28,8 37,0 15,0
A2 - 2030 22,7 9,4 46,6 56,0 20,2 1,1
A2 - 2065 19,7 4,4 28,6 33,0 34,7 12,6
A2 - 2100 9,2 0,2 4,8 5,0 38,8 47,0

Das Modell sagt voraus, dass auf 9 bis 22 % der Waldfläche Baden-Württembergs die Fichte weder heute noch in Zukunft vorhanden ist bzw. sein wird (Absenz) und die Fichtenflächen um 20 bis 38 % reduziert werden (Reduktion). Bis zum Jahr 2030 sind keine großen Unterschiede zwischen den Szenarien B1 und A2 zu erkennen, was sich mit den Projektionen des IPCC deckt, die keine nennenswerten Unterschiede zwischen den einzelnen Szenarien für die nächsten beiden Dekaden voraussagen. Dennoch ist es bemerkenswert, dass die Fichte bereits in den nächsten zwanzig Jahren mehr als 20 % des für sie möglichen Verbreitungsgebietes in Südwestdeutschland ausschließlich aufgrund steigender Temperaturen verlieren wird.

Der Extrapolationsbereich des Modells wird in großem Umfang für das Szenario A2 im Jahr 2100 erreicht, in dem auf rund 50 % der Waldfläche klimatische Bedingungen vorhergesagt werden, die es heute in Südwestdeutschland so nicht gibt. Diese Fläche wurde für die ökonomische Analyse nicht als potenzielles Verbreitungsgebiet der Fichte angesehen. Expansion wird nach den Voraussagen dieses Modells keine größere Rolle spielen. Nur im Jahr 2030 wäre eine Ausweitung der Fichtenfläche auf Wälder, die heute von anderen Baumarten dominiert werden, in merklichem Umfang (ca. 10 % der Fläche) theoretisch möglich.

Addiert man die vom Modell vorhergesagten Flächen für Expansion und Präsenz zusammen, ergibt sich ein potenzielles Verbreitungsgebiet der Fichte. Man erkennt eine drastische Abnahme dieser Fläche für beide Szenarien. Der Flächenanteil, der nach dem Modell in Zukunft noch in Südwestdeutschland für die Fichte geeignet ist, sinkt von 55 % im Jahr 2030 (Szenario A2 und B1), über 40 % (B1) bzw. 32 % (A2) im Jahr 2065 auf 28 % im Jahr 2100 für das Szenario B1. Für das Szenario A2 sind im Jahr 2100 in Baden-Württemberg lediglich noch 5 % der gesamten Waldfläche für den Anbau der Fichte geeignet.

Ökonomische Bewertung der Arealverschiebung von Fichte nach Buche

Im vorliegenden Beitrag wird mit dem Bodenertragswert (BEW) nach Faustmann (1849) ein klassischer forstökonomischer Ansatz als ein Schätzwert für die Zahlungsbereitschaft eines Investors für Waldflächen, die entweder mit Fichte oder mit Buche bewirtschaftet werden, verwendet. Der hier verwendete Faustmann-Ansatz berücksichtigt nicht den heute aktuellen Wert des betroffenen Waldes. Er ist damit konsistent mit dem Modell der Arealverschiebung, das ebenfalls nicht die tatsächliche derzeitigen Baumartenzusammensetzung, sondern potenzielle Baumartenareale, darstellt. Der ökonomischen Bewertung selbst liegen Preise und Kosten (ohne Verwaltungskosten) des Jahres 2004 für Baden-Württemberg zugrunde.

Tab. 2: Ökonomische Bewertung der Arealverschiebung von Fichte nach Buche (Beschreibung s. unten).
Szenario Fichtenfläche [ha] Verlust an Fichtenfläche [ha] Gesamtverlust BEW [Mio. €] Verlust je ha [€/ha]
2000 927.000 - - -
B1/A2 2030 740.000 190.000 700 600
A2 2100 66.000 860.000 3.200 2800

Für das Jahr 2000 unterstellt das Modell, dass rund 70 % der gesamten Waldfläche Baden-Württembergs von rund 1.3 Mio. ha potenziell für den Anbau von Fichte geeignet sind, was einer Gesamtfläche von rund 927.000 ha entspricht. Unter den beiden Klimaszenarien reduziert sich diese Fläche auf 740.000 ha (B1/A2 in Jahr 2030) bzw. 66.000 ha (A2 im Jahr 2100). Der daraus resultierende Verlust an Fichtenfläche beläuft sich auf mindestens 190.000 ha (B1/A2 im Jahr 2030) und maximal 860.000 ha (A2 im Jahr 2100). Unterstellt man den BEW der optimalen Umtriebszeit für die Fichte (80 Jahre) von 5.234 € je ha, so repräsentiert die potenzielle Fichtenfläche im Jahr 2000 einen gesamten BEW von rund 4.8 Mrd. €. Nach den Voraussagen des Modells wird dieser Wert auf zwischen 3.8 Mrd. (A2/B1 im Jahr 2030) und rund 350 Mio. € (A2 im Jahr 2100) sinken. Unterstellt man, dass auf der nicht mehr für Fichte geeigneten Fläche immer noch Buche mit einem BEW von 1.535 € je ha (optimale Umtriebszeit: 130 Jahre) bewirtschaftet werden kann, so addiert sich der Gesamtverlust an Bodenertragswert auf Werte zwischen 700 Mio. € (B1/A2 im Jahr 2030) und 3.2 Mrd. € (A2 im Jahr 2100) (zwischen 600 und 2800 € je ha Waldfläche).

Ausblick

Stabiler Mischwald
Foto: FVA/S. Haas

Der Klimawandel wird bereits in den Waldbauplanungen der Länder berücksichtigt. In Bayern, Baden-Württemberg und Sachsen werden Waldumbauten als aktive Anpassungsmaßnahme geplant oder bereits durchgeführt. Andere Länder verfolgen eher Strategien einer Risikominderung durch forcierte Mischwaldbegründung und naturnahe Waldwirtschaft.

Aktive Anpassungsstrategien werden deutlich positiver eingeschätzt als passive Anpassung, z. B. durch Sukzession. Allerdings ergibt sich eine Unterscheidung zwischen Ländern mit klarer Umbaupräferenz gegenüber Ländern mit einer Kombination von Waldumbau und/oder Fortführung bestehender Waldbausysteme und Risikominderungsstrategien (Mischwaldoption). Letztere streben derzeit keinen gezielten Umbau von möglicherweise durch Klimawandel gefährdeten Beständen an. Allerdings wird auch der Waldumbau zur Begründung von Mischbeständen eingesetzt.

Die vorliegende Untersuchung zeigt allerdings, dass Anpassungsstrategien wie der aktive Waldumbau so gestaltet werden müssen, dass die ökonomischen Verluste hierbei minimiert werden. Dies bedeutete, dass klare Prioritäten in Bezug auf den Waldumbau gesetzt werden müssen, damit die Bestände mit dem höchsten Risiko bevorzugt behandelt werden.

Literatur