Ausbreitung von Schadorganismen im Wald. Pilotprogramm Anpassung an den Klimawandel: Projekt E.05

Durch den globalen Handel und die Mobilität der Menschen werden Schadorganismen in neue Gebiete gebracht. Günstigere Klimabedingungen ermöglichen die Ausbreitung und Etablierun dieser invasiven, gebietsfremden Arten. Insektenpopulationen beispielsweise können schnell auf klimatische Änderungen reagieren und wärmeres und trockeneres Wetter spielt häufig eine Rolle bei Massenvermehrungen (Rouault et al., 2006). Unter aktuellen Klimabedingungen ist die geographische Verbreitung vieler Waldinsekten kleiner als diejenige ihrer Wirtspflanzen. Mit dem Klimawandel können die Schadinsekten zusätzliche geeignete Gebiete in denen Wirtspflanzen vorhanden sind besiedeln (Rouault et al., 2006). Zudem werden die Bäume aufgrund der klimawandelbedingten Zunahme von Trockenperioden anfälliger. Neben gebietsfremden, invasiven Arten können auch bisher unauffällige, einheimische Arten problematisch werden. Im Rahmen dieses Projektes wird die aktuelle und zukünftige potenzielle Verbreitung ausgewählter Schadorganismen innerhalb der Schweiz mittels Expertenbefragung, Literaturrecherche, vorhandener Ereignisdaten und bioklimatischer Simulationen abgeschätzt. Letzteres erfolgt mit dem bioklimatischen Simulationsmodell CLIMEX, welches weltweit angewendet wird, um den Einfluss des Klimawandels auf die Artenverbreitung zu untersuchen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes werden bereits vorhandene, publizierte und validierte CLIMEX-Modelle mit höher aufgelösten Klimadaten (2 km, MeteoSchweiz) des beobachteten Klimas (2013-2019) und der aktuellsten Klimaszenarien für die Schweiz (CH2018, Perioden 1991-2010, 2011-2044 und 2045-2074) neu berechnet (Kriticos et al., 2015). Die Berechnung mit hoch aufgelösten Klimadaten wurde von Stoeckli et al. (2020) entwickelt und erfolgreich angewendet. Die resultierende bioklimatische Eignung wird für die Schweiz räumlich dargestellt, aufgrund des Vorhandenseins der Wirtsbäume weiter eingegrenzt und mit vorhandenen Beobachtungsdaten des Waldschutz Schweiz (WSS) und des Schweizerisches Zentrums für die Kartografie der Fauna (CSCF) validiert. Die Schadorganismen wurden aufgrund ihrer phytosanitären Relevanz ausgewählt. Zudem wurde berücksichtigt, dass die Schadorganismen unterschiedliche Regionen und Baumarten betreffen und aus unterschiedlichen Schadorganismen-Gruppen kommen. Es wurden in Absprache mit dem projektbegleitenden Expertenteam sowohl gebietsfremde als auch einheimische Arten ausgewählt. Für folgende ausgewählte Schadorganismen konnte eine hoch aufgelöste CLIMEX-Modellierung durchgeführt werden: Kiefernholznematode (Bursaphelenchus xylophilus), Rotbandkrankheit (Dothistroma septosporum), Schwammspinner (Lymantria dispar), Föhrentriebsterben (Diplodia sapinea, Syn.: Sphaeropsis sapinea) und Phytophthora ramorum. Für die Fichtenröhrenlaus (Elatobium abietinum) wurde eine Modellierung der Überschreitungswahrscheinlichkeit von klimatischen Schwellenwerten nach der Methode von Bernhofer et al. (2011) durchgeführt. Für folgende Schadorganismen ist die Datengrundlage ungenügend für die Modellierung der bioklimatischen Eignung: Rotbandkrankheit (Dothistroma pini), Braunfleckenkrankheit (Lecanostica acicola), Sechszähniger Föhrenborkenkäfer (Ips acuminatus), Krummzähniger Weisstannenborkenkäfer (Pityokteines curvidens), Eichenprozessionsspinner (Thaumetopoea processionea), Spindeliger Rübling (Gymnopus fusipes) und Eschentriebsterben (Hymenoshyphus fraxineus). Mit der CLIMEX-Modellierung von analogen Standorten wird zudem untersucht, welche Regionen im europäischen Umland bereits heute ein Klima aufweisen, welches dem Klima von ausgewählten Regionen der Schweiz in der Zeitperiode 2045-2074 entspricht. So kann beobachtet werden, welche Schadorganismen dort bereits heute Probleme bereiten oder eine Tendenz zu Massenvermehrungen haben. Daraus können Rückschlüsse auf das zukünftige Gefährdungspotenzial dieser Arten für die Schweiz gezogen werden. Ziel des Projektes ist, potenzielle Schadorganismen und Risikogebiete frühzeitig zu erkennen, um präventive Massnahmen einleiten zu können und so eine weitere Ausbreitung der Schadorganismen zu unterbinden. Als Risikogebiete gelten Gebiete, welche bioklimatisch geeignete Bedingungen und Bestände mit einem hohen Anteil der Wirtsbaumarten und die wichtigsten Verbreitungsfaktoren aufweisen. Durch eine gezielte, regionsspezifische Sensibilisierung und Schulung der Forstfachleute kann so eine, an den Klimawandel angepasste, Bewirtschaftung gefördert werden

Participatory modelling of upward shifts of altitudinal vegetation belts for assessing site type transformation in Swiss forests due to climate change

Aims Climate change is expected to markedly change site factors, tree species composition and finally ecosystem services provided by forests. Here, we describe the development of a framework for modelling how these changes may transform forest site types. Site types capture information on site conditions like climate, topography and soil, all factors with strong influence on tree species occurrence. Location Switzerland. Methods We elicited expert knowledge and followed a participatory modelling approach for quantifying upward shifts of altitudinal vegetation belts and the changes in the zonal distribution of main tree species, as a basis for assessing transformation pathways of forest site types for three climate projections. Results The model results show marked range shifts of altitudinal vegetation belts. The change in the vegetation belt and a rule base for forest site type transformations allow for assessing the location-specific and long-term transformation pathway from the current to a future forest site type. Conclusions The resulting maps enable forest managers to take climate change into account when selecting tree species. The presented method complements statistical distribution models as it considers more site information, integrates expert knowledge and is based on a forest site type classification which is already widely used by forest practitioners

High Resolution Maps of Climatological Parameters for Analyzing the Impacts of Climatic Changes on Swiss Forests

Assessing the impacts of climatic changes on forests requires the analysis of actual climatology within the forested area. In mountainous areas, climatological indices vary markedly with the micro-relief, i.e., with altitude, slope, and aspect. Consequently, when modelling potential shifts of altitudinal belts in mountainous areas due to climatic changes, maps with a high spatial resolution of the underlying climatological indices are fundamental. Here we present a set of maps of climatological indices with a spatial resolution of 25 by 25 m. The presented dataset consists of maps of the following parameters: average daily temperature high and low in January, April, July, and October as well as of the year; seasonal and annual thermal continentality; first and last freezing day; frost-free vegetation period; relative air humidity; solar radiation; and foehn conditions. The parameters represented in the maps have been selected in a knowledge engineering approach. The maps show the climatology of the periods 1961–1990 and 1981–2010. The data can be used for statistical analyses of forest climatology, for developing tree distribution models, and for assessing the impacts of climatic changes on Swiss forests

Modellierung der Vegetationshöhenstufen und der Areale von Buche und Tanne für die Schweiz

Die Vegetationshöhenstufen und die Verbreitungsareale von Buche und Tanne sind in der Schweiz eine zentrale Grundlage für die Klassifizierung der Waldstandorte mit dem Ökogrammansatz und damit für standortbezogene Empfehlungen bezüglich Baumartenwahl und Waldbau. Ihre Grenzen, die massgeblich von klimatischen Faktoren beeinflusst werden, waren bislang nur qualitativ bestimmt. Will man die Ökogramme und Baumartenempfehlungen auch künftig unter geänderten klimatischen Bedingungen verwenden, so müssen sie quantitativ beschrieben sein, damit sie mithilfe von Klimaszenarien für die Zukunft modelliert werden können. Mit hoch aufgelösten schweizweiten Karten waldrelevanter Klimaparameter und unter Berücksichtigung weiterer wichtiger Standortfaktoren konnten diejenigen Parameter ermittelt werden, die für die heutigen Grenzen der Vegetationshöhenstufen sowie der Areale von Buche und Tanne bestimmend sind. Die Höhenstufengrenzen wurden mithilfe von linearen Regressionen zwischen der Position von repräsentativen Höhenstufengrenzen und den zugehörigen klimatischen Faktoren, die Arealgrenzen hingegen mit einem auf der «fuzzy logic» beruhenden Ansatz modelliert. Die Klimaparameter wurden mittels des Klima-(Emissions-)Szenarios A1B (Modelle RegCM3 und CLM) für den Zeitraum 2070–2099 berechnet, sodass die Höhenstufen- und Arealgrenzen für die Zukunft modelliert werden konnten. Die Ergebnisse der Modellierungen sind ökologisch plausibel. Dies zeigte sich im Vergleich mit den Standorttypen auf den Probeflächen des Landesforstinventars und bei einer Begutachtung durch Experten. Die erarbeiteten Vegetations- und Klimakarten sowie die modellierten Projektionen der Vegetationshöhenstufen in die Zukunft sind die Grundlage für die Berücksichtigung des Klimawandels bei der Baumartenwahl. Sie können Waldbewirtschaftern und Waldbehörden als Entscheidungshilfe für die mit vielen Unsicherheiten konfrontierte waldbauliche Planung dienen