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Dr. Axel Albrecht

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Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA)
Waldwachstum

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Artikel

Autor(en): Axel Albrecht, Marc Hanewinkel, Jürgen Bauhus, Ulrich Kohnle
Redaktion: FVA, Deutschland
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Sturmstabilität der Douglasie: schlechter als ihr Ruf

Die Douglasie genießt den Ruf, vergleichsweise sturmstabil zu sein. Aufgrund der immer noch recht geringen Anteile von Douglasie in deutschen Wäldern gibt es dazu allerdings nur wenig langfristige Erfahrungswerte und quantitative Analysen sind ausgesprochen rar. Zur Verbesserung der Beurteilungsgrundlagen wurden daher die Sturmschäden in zwei südwestdeutschen Datensätzen ausgewertet, in denen hohe Douglasienanteile vorhanden sind. Als Vergleichsbaumart diente die Fichte.

Die ausgewerteten Datengrundlagen beinhalten mehrere  Sturmereignisse wie die katastrophalen Schäden der Winterstürme von 1967, 1990 und 1999.
Abb. 1: Sturmschäden in Nadelholzbeständen: Die ausgewerteten Datengrundlagen beinhalten mehrere  Sturmereignisse wie die katastrophalen Schäden der Winterstürme von 1967, 1990 und 1999.

Inhalt

Bisher keine langfristigen Erfahrungswerte vorhanden

In der forstlichen Praxis ist die Erwartung weit verbreitet, dass die Douglasie unter den Nadelbaumarten vergleichsweise gute Sturmstabilität aufweise. Als Gründe für diese Erwartung werden unter anderem eine tiefe Durchwurzelung auf Böden ohne Durchwurzelungshemmnisse und eine hohe Schaftstabilität angeführt. Dazu kommen weitere Aspekte, die die Douglasie für Forstbetriebe attraktiv machen. Hierzu zählen hochwertiges Holz, hohe Produktivität und die im Zusammenhang mit dem Klimawandel als besonders günstig bewertete relativ hohe Dürretoleranz. Besonders positiv wird dieses Bild im direkten Vergleich mit Fichte, der unter Klimawandelbedingungen eher zunehmende Probleme attestiert werden.

Tatsächlich liegen jedoch in Europa einige Untersuchungen vor, die kritische Ergebnisse liefern und die Douglasie nicht als besonders sturmstabil einstufen. In ihrer nordamerikanischen Heimat stellt Waldbrand das wichtigste Wirtschaftsrisiko der Baumart dar, und Schäden durch Insekten und Sturm spielen im Vergleich dazu eine geringere Rolle. Im Hinblick auf das Sturmrisiko nimmt die Douglasie dabei in Nordamerika im Vergleich zu anderen Nadelbaumarten eine mittlere Stellung ein. Interessanterweise scheint die Sturmstabilität bei dieser Baumart auch eine genetische Komponente zu haben.

Übersichtskarte der Untersuchungsflächen. 999 langfristige Versuchsflächen mit Fichte und Douglasie (Vollerhebungsfläche 199 ha) sowie 5.340 ha Betriebsfläche des Städtischen Forstamts Freiburg.
Abb. 2: Übersichtskarte der Untersuchungsflächen. 999 langfristige Versuchsflächen mit Fichte und Douglasie (Vollerhebungsfläche 199 ha) sowie 5.340 ha Betriebsfläche des Städtischen Forstamts Freiburg.

In Europa ist die auf gemessenen Daten basierende Beurteilung des Sturmrisikos bei Douglasie dadurch erschwert, dass sie bisher nur in einem sehr geringen Flächenanteil angebaut wurde. Zwar steigt der Douglasienanteil in deutschen Wäldern seit Jahrzehnten kontinuierlich an. Trotzdem liegt der absolute Flächenanteil mit derzeit rund 2% (dritte Bundeswaldinventur) immer noch auf einem sehr niedrigen Niveau. Zusätzlich werden Sturmschadensanalysen dadurch erschwert, dass die Douglasie als eingeführte Baumart noch nicht so lange in deutschen Wäldern vorkommt wie zum Beispiel die Fichte. Verlässliche und langfristige Erfahrungen im Hinblick auf die Sturmgefährdung der Baumart liegen somit nicht ausreichend vor.

Erste Datengrundlage: mehrere Sturmereignisse im Versuchsflächennetz der FVA

Im langfristigen waldwachstumskundlichen Versuchsflächennetz der FVA ist die Douglasie etwa so stark vertreten wie die Fichte (Abb. 2). In dieser europaweit umfangreichsten Datengrundlage werden auch Sturmschäden dokumentiert, so dass Analysen sowohl auf der Ebene des Einzelbaums als auch der Versuchsfelder ("Kleinbestände" von durchschnittlich ca. 0,25 ha Größe) möglich sind. Von diesem Datensatz wurde die Auswertungskenngröße Sturmschaden ja/nein für den Einzelbaum und das Auftreten und die Menge von Schäden auf Bestandesebene ausgewertet. Untersucht wurden Korrelationen zwischen diesen Kenngrößen und erklärenden Variablen wie Topographie, standortskundlichen Informationen (Flachgründigkeit, Wechselfeuchte und Staunässe, Tonböden etc.) und Baum- und Bestandeseigenschaften (Baumart, Bestandeshöhe, Holzvorrat etc.).

Der Versuchsflächendatensatz deckt den Zeitraum von 1950 bis 2007 ab und beinhaltet damit die katastrophalen Schäden der Winterstürme von 1967, 1990 und 1999. Auch dazwischenliegende kleinere Sturmereignisse, häufig aufgrund regionaler Sommerstürme, sind in der Datengrundlage enthalten, wenn auch in nur geringen Anteilen. Für die Sonderuntersuchung wurden die zwei großen Stürme 1990 und 1999 ausgewählt.

Zweite Datengrundlage: Einschlagsbuchungen im Stadtwald Freiburg

Als zweite Datengrundlage wurden die Einschlagsmengen des Städtischen Forstamts Freiburg zusammengestellt und auf das Sturmschadensniveau bei Douglasie im Vergleich zu Fichte hin ausgewertet. Der Stadtwald Freiburg bietet sich für eine solche Auswertung besonders an, da hier die Douglasie und die Fichte mit jeweils 13% und 11% Flächenanteilen ähnlich stark vertreten sind (Betriebsinventur 2009) und die Douglasie hier bereits eine sehr lange Anbautradition von deutlich über 100 Jahren hat. Auswertungskenngrößen waren die als Einschlag verbuchte Holzmengen als absolute Größe (in Erntefestmetern) sowie als relative Größe (Anteil am Gesamteinschlag). Dieser Datensatz war nur deshalb auswertbar, da im Städtischen Forstamt Freiburg die Holzeinschlagsmengen der Douglasie separat erfasst werden. Bei Fichte ist dies leider nicht der Fall, da sie aus Gründen der Vermarktung zusammen mit Weißtanne verbucht wird. Diese Unschärfe erschien jedoch für die Zwecke der Untersuchung hinnehmbar.

Tab. 1: Datenübersicht der Versuchsflächen 1950 bis 2007. Gesamtanzahl an Baummessungen und Anzahl der durch Sturm geschädigten Bäume.
Datenübersicht der Versuchsflächen 1950 bis 2007. Gesamtanzahl an Baummessungen und Anzahl der durch Sturm geschädigten Bäume.

Die Einschlagsdaten des Städtischen Forstamts Freiburg decken den Zeitraum 1987 bis 2013 ab. Damit ist ebenfalls nicht nur ein einzelnes Sturmereignis repräsentiert, sondern Daten aus einer längeren Beobachtungszeit mit mehreren Stürmen.

Wie hoch sind die Sturmschäden bei Douglasie im Vergleich zur Fichte?

Im Datensatz der Versuchsflächen waren mit 4% der gemessenen Douglasien absolut gesehen Sturmschäden etwa doppelt so häufig zu beobachten wie bei Fichte (Tab. 1). Die insgesamt sehr niedrigen Prozentwerte sind dem Umstand geschuldet, dass in diese "Globalanalyse" auch die Daten aus den Zeitperioden einbezogen sind, in denen keine Stürme auftraten.

Wenn man aus diesem großen Datensatz nur die zwei Perioden mit Großstürmen (1990 und 1999) selektiert, so traten 1990 bei Fichte mehr Schäden als bei Douglasie auf (7 vs. 4%, Tab. 2). Allerdings drehte sich die Reihenfolge 1999 um und es traten bei Douglasie höhere Schäden auf als bei Fichte. Insgesamt betrachtet waren die Schäden 1999 für beide Baumarten größer als 1990.

Tab. 2: Auszug aus den Versuchsflächendaten für die Jahre 1990 und 1999 für Douglasie und Fichte. Gesamtanzahl an Baummessungen und Anzahl der durch Sturm geschädigten Bäume.
Auszug aus den Versuchsflächendaten für die Jahre 1990 und 1999 für Douglasie und Fichte. Gesamtanzahl an Baummessungen und Anzahl der durch Sturm geschädigten Bäume.
Gesamteinschlag von Douglasie, Fichte und Tanne im Städtischen Forstamt Freiburg in den Bezugsjahren 1987 bis 2013, dargestellt in relativer Aufteilung auf die Nutzungsursachen.
Abb. 3: Gesamteinschlag von Douglasie, Fichte und Tanne im Städtischen Forstamt Freiburg in den Bezugsjahren 1987 bis 2013, dargestellt in relativer Aufteilung auf die Nutzungsursachen.

Im Holzeinschlagsdatensatz des Städtischen Forstamts Freiburg wurden ca. 20% (entspricht ca. 28.000 Efm) des gesamten Douglasien-Einschlags von 1987 bis 2013 (ca. 139.000 Efm) als zufällige Nutzungen (ZN) als Folge von Sturm verbucht (Abb. 3). Bei Fichte und Tanne lag dieser Wert lediglich bei 14% und damit deutlich unter dem der Douglasie.

Da bei Fichte und Tanne jedoch auch größere Anteile der ZN durch Insekten und Dürre verursacht sind, unterscheiden sich Douglasie und Fichte/Tanne in den Gesamtanteilen ZN nur gering (26 zu 28%).

Bezieht man die Sturmmengen im Holzeinschlagsdatensatz auf den mittleren Vorrat der jeweiligen Baumart, so fällt besonders das Bezugsjahrzehnt mit den Stürmen Vivien/Wiebke (1990) und Lothar (1999) ins Gewicht. Hier wurden bei der Douglasie 6%, bei der Gruppe Fichte/Tanne 8% des Vorrats aufgrund von Sturmschäden eingeschlagen. Im anschließenden Jahrzehnt traten bei beiden Baumartengruppen je 2% des Holzvorrates als Sturmschäden auf, und seit 2011 sind Sturmschäden nicht mehr von Bedeutung.

Tab. 3: Sturmholzmengen im Städtischen Forstamt Freiburg bezogen auf den Holzvorrat nach Forsteinrichtungsperioden.
Sturmholzmengen im Städtischen Forstamt Freiburg bezogen auf den Holzvorrat nach Forsteinrichtungsperioden.

Die wichtigsten Risikofaktoren bei Sturm

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Bestandesoberhöhe des Versuchsflächendatensatzes getrennt für die Stürme 1990 und 1999. Die Einschnürungen der Boxplots kennzeichnen den Median, die Punkte den Mittelwert.
Abb. 4: Bestandesoberhöhe des Versuchsflächendatensatzes getrennt für die Stürme 1990 und 1999. Die Einschnürungen der Boxplots kennzeichnen den Median, die Punkte den Mittelwert.
 
Einzelbaumhöhen des Versuchsflächendatensatzes getrennt für die Stürme 1990 und 1999 und für sturmgeschädigte Bäume und Überlebende.
Abb. 5: Einzelbaumhöhen des Versuchsflächendatensatzes getrennt für die Stürme 1990 und 1999 und für sturmgeschädigte Bäume und Überlebende.
 
Bestandesweiser Durchforstungsquotient differenziert nach geschädigten und ungeschädigten Douglasien und Fichten im Versuchsflächendatensatz.
Abb. 6: Bestandesweiser Durchforstungsquotient differenziert nach geschädigten und ungeschädigten Douglasien und Fichten im Versuchsflächendatensatz.

Ganz offensichtlich verursachen hohe Windgeschwindigkeiten Sturmschäden, und damit ist Wind der größte Risikofaktor. Wo genau, wann und mit welcher Stärke und Böigkeit diese Winde auftreten, bleibt allerdings häufig unbekannt, da Windmessungen nicht in jedem Waldbestand, sondern nur an den meteorologischen Messstationen durchgeführt werden. Flächendeckende Modellberechnungen können zwar hilfreiche Zusatzinformationen liefern. Sie sind allerdings nicht in der erforderlichen räumlichen und zeitlichen Auflösung und Verlässlichkeit für langfristige Sturmschadensanalysen verfügbar. Deshalb werden häufig alternative Ersatzwerte (Proxies) verwendet, um zumindest näherungsweise das Windfeld oder die Sturmzugbahn zu schätzen. Dieses Dilemma, dass es für den wichtigsten Risikofaktor kaum verlässliche Daten gibt, ist bis heute in der Sturmschadensforschung nicht gelöst und betrifft leider auch diese Untersuchungen auf den Versuchsflächen und im Städtischen Forstamt Freiburg.

Für den Versuchsflächendatensatz wurde untersucht, auf welche anderen Faktoren die beobachteten hohen Sturmschäden bei Douglasie zurückgehen. Insbesondere wurde geprüft, ob die Douglasien im Durchschnitt größere Baumhöhen als die Fichten aufweisen und ob sie eventuell auf besonders sturmgefährdeten Standorten stocken (z. B. exponiertere, flachgründige oder wechselfeuchte Lagen). Dabei wurden jedoch keine systematischen Unterschiede gefunden, die den höheren Anteil an Sturmschäden bei den Douglasien erklären könnten.

Im Versuchsflächendatensatz wurden 1999 höhere Schäden als 1990 gefunden. Neben der höheren Windgeschwindigkeit ist vermutlich auch die 1999 im Durchschnitt größere Bestandesoberhöhe für die größeren Schäden verantwortlich (Abb. 4). Besonders die Douglasienbestände waren 1999 im Mittel deutlich höher als 1990.

Bei Differenzierung der Einzelbaumhöhen nach Baumart sowie geschädigten und ungeschädigten Bäumen fällt auf, dass die geschädigten Fichten sowohl 1990 als auch 1999 deutlich höher waren als die ungeschädigten. Bei der Douglasie waren dagegen die geschädigten Bäume nur bei den Sturmschäden des Jahres 1990 deutlich höher als die ungeschädigten. Zum Zeitpunkt 1990 waren die untersuchten Fichten im Mittel deutlich höher als die Douglasien, 1999 waren jedoch keine so klaren Unterschiede zu erkennen. Zu betonen ist, dass die Douglasien 1999 im Schnitt nicht höher als die Fichten waren (Abb. 5).

Insgesamt betrachtet wird deutlich, dass die erstaunlich hohen Schäden bei Douglasie nicht dadurch erklärbar sind, dass ihre Bestände im Mittel größere Oberhöhen aufwiesen als die Fichtenbestände. Zusätzlich wurden für den Versuchsflächendatensatz auch zahlreiche andere Risikofaktoren wie Bestandesvorrat, Bestockungsgrad, forstliche Eingriffe und Durchforstungen, Kronenrauigkeit, Topographie, Standort und Staunässe etc. untersucht. Unter diesen Faktoren stellten sich insbesondere die Durchforstungseingriffe als – vorübergehend – destabilisierende Faktoren heraus. Dabei war weniger die Stärke von Eingriffen entscheidend sondern eher die Art des Eingriffs: Je mehr ins Herrschende eingegriffen wurde, umso höher war die Wahrscheinlichkeit für einen Baum, in der Folge vom Sturm geschädigt zu werden. Der Einfluss der Eingriffsart auf das Schadrisiko wurde anhand des Durchforstungsquotienten ermittelt (Abb. 6). Der Durchforstungsquotient wurde berechnet als Quotient des Mitteldurchmessers eines Bestandes direkt vor dem Zeitpunkt der Durchforstung geteilt durch den Mitteldurchmesser des ausscheidenden Bestandes. Damit drückt der Quotient aus, ob im Zuge einer Durchforstung tendenziell die relativ stärkeren Bestandesglieder (Hochdurchforstung, höhere Quotienten) oder eher schwächere Individuen entnommen wurden (Niederdurchforstung, niedrigere Quotienten).

Von den anderen Risikofaktoren waren insbesondere die Meereshöhe und topographische Kennwerte (Windexposition, Hangrichtung) wichtig. Der Einfluss der bodenkundlichen Standortscharakteristika war für die Erklärung der Sturmschäden vergleichsweise gering.

Für den Stadtwald Freiburg wurde geprüft, ob die Altersklassenverteilung und Vorratsstruktur Hinweise auf die Ursachen der Sturmschäden geben könnten (Abb. 7).

Altersklassenverteilung und Holzvorrat im Stadtwald Freiburg für das am schwersten von Sturmschäden betroffene Forsteinrichtungsjahrzehnt 1990-2000. DW: Dauerwald ohne bestandeseinheitliche Altersangaben.
Abb. 7: Altersklassenverteilung und Holzvorrat im Stadtwald Freiburg für das am schwersten von Sturmschäden betroffene Forsteinrichtungsjahrzehnt 1990-2000. DW: Dauerwald ohne bestandeseinheitliche Altersangaben.

Dabei fiel für das besonders stark von Sturmschäden betroffene Forsteinrichtungsjahrzehnt 1990 bis 2000 auf, dass die Douglasie kaum Bestände in den Altersklassen VI oder höher aufweist. Zum Zeitpunkt der Hauptschädigung wies der Stadtwald folglich keine überhöhten Anteile an Altbeständen bei Douglasie auf, die ein erhöhtes Sturmholzaufkommen gegenüber der Fichte erklären könnten. In den Altersklassen V und jünger lagen die Holzvorräte der Douglasie jedoch systematisch über denen der Fichte. Damit war bei gleichem Alter auch das gefährdete Holzvorratskapital bzw. die Vulnerabilität der Douglasienbestände größer als bei Fichte. Der höhere Vorrat bei gleichem Alter kann durch das durchschnittlich schnellere Höhenwachstum der Douglasie gegenüber der Fichte erklärt werden.

Fazit

Unter den baum- und bestandesbezogenen Risikofaktoren spielen Baumart und -höhe die wichtigste Rolle – und das trifft sowohl für diese Untersuchungen, als auch die meisten anderen Sturmschadensanalysen zu. Bei den Baumarten haben die dichtbenadelten, immergrünen Nadelbaumarten das höchste Sturmschadensrisiko, allen voran die Fichte. Hinsichtlich des Sturmschadensrisikos der Weißtanne gibt es widerstreitende Einschätzungen. Waldkiefer und die winterkahle Lärche zählen jedoch weithin anerkannt zu den stabilsten Nadelbaumarten.

Bei den Baumarten haben die Nadelbaumarten das höchste Sturmschadensrisiko, allen voran die Fichte. Waldkiefer und Lärche zählen zu den stabilsten Nadelbaumarten.
Abb. 8: Bei den Baumarten haben die Nadelbaumarten das höchste Sturmschadensrisiko, allen voran die Fichte. Waldkiefer und Lärche zählen zu den stabilsten Nadelbaumarten.

Um die prinzipielle Vergleichbarkeit der Datenkollektive für Douglasie und Fichte zu beurteilen wurde geprüft, ob es erhebliche dendrometrische und standörtliche Unterschiede zwischen den Baumarten gibt. Denkbar wäre hier gewesen, dass der Baumarteneffekt durch andere Faktoren wie Standort, Exposition oder Baumhöhe überlagert bzw. verwischt wird. Es wurden zwar Unterschiede zwischen den Baumarten gefunden, diese waren aber nicht so gravierend, dass die Auswertbarkeit und Vergleichbarkeit prinzipiell in Frage gestanden hätte.

Basierend auf dem hier vorgestellten Datensatz kann man folgern, dass das Ausmaß der Sturmschäden bei Douglasie das der Fichte erreicht – bereinigt um Effekte wie Bestandeshöhe und Standort. Die Douglasie ist somit bezüglich Sturmrisiko bei den dichtbenadelten Nadelbaumarten im oberen Risikobereich anzusiedeln.

Die große Bedeutung der Bestandesoberhöhe und der Baumhöhe geht auf grundsätzliche physikalische und mechanische Zusammenhänge zurück. Da die Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe über der Erdoberfläche überproportional zunimmt und gleichzeitig die vom Wurzelwerk aufzufangende Hebelkraft mit zunehmender Baumhöhe (Hebellänge) ansteigt, sind höhere Bäume überproportional sturmgefährdet.

Komplementär zu den Versuchsflächendaten zeigen auch die Praxisbuchungen im Städtischen Forstamt Freiburg für Fichte und Douglasie ein natural vergleichbares Ausmaß an zufälligen Nutzungen infolge Sturms. Allerdings sind die Sturmschäden bei Douglasie offenkundig für den Betrieb mit deutlich weniger negativen Folgen verbunden wie bei Fichte: Im Gegensatz zum natural vergleichbaren Risiko sind die wirtschaftlichen Einbußen durch zufällige Nutzungen infolge Sturms bei Douglasie betrieblich deutlich weniger störend.

Folgende Gründe könnten dafür infrage kommen: Aufgrund der relativ geringen Flächenanteile der Douglasie sind die absoluten Mengen an zufälligen Nutzungen relativ gering und lassen sich offenbar problemlos im Rahmen der üblichen Holzvermarktung absetzen. Zudem sind die Entwertungsrisiken bei verzögerter Aufarbeitung beziehungsweise verlängerter Lagerung von Douglasien-Sturmholz geringer als bei Fichte. Außerdem ist nicht aufgearbeitetes Douglasien-Holz mit deutlich geringeren Waldschutzrisiken beispielsweise durch Befall mit aggressiven Borkenkäferarten verbunden als bei Fichte. In der Folge von Sturmschäden ist daher bei Douglasie bisher von geringeren Folgerisiken auszugehen.

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