Sensitivität der Nährstoffentzüge aus Waldökosystemen hinsichtlich der Biomassefunktionen und Nährstoffgehalte

Zur Verbesserung der Abschätzung von Nährstoffentzügen aus Waldökosystemen wurden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, die zum einen Rückschlüsse auf das Modellverhalten zulassen und zum anderen eine Quantifizierung der Unsicherheiten einflussreicher Parameter ermöglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass neben dem Zuwachs an Derbholzmasse insbesondere der Abschätzung der Elementgehalte im Derb- und Reisholz eine entscheidende Bedeutung zukommt. Die fünf untersuchten Baumarten Eiche, Buche, Fichte, Kiefer und Douglasie unterscheiden sich in der Empfindlichkeit gegenüber Unsicherheiten in den Eingangsparametern. Aufgrund ihres breiten Standortsspektrums sind die Unsicherheiten bei der Buche am größten, bei der Kiefer durch die Beschränkung auf nährstoffarme Standorte am geringsten. Unsicherheitsberechnungen an Level II-Flächen zeigen, dass generell von einem Fehler von etwa 10-20% ausgegangen werden muss

Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt von Wäldern im Hessischen Ried

Die Wälder im Hessischen Ried sind geprägt durch hohen Nutzungsdruck, häufigen Trockenstress und daraus resultierend starken Waldschäden. Die im Rahmen des Projektes INKLIM 2012 II PLUS durchgeführten Wasserhaushaltssimulationen zeigten, dass die Wasserversorgung der Bestände bereits in der Vergangenheit teilweise extrem eingeschränkt war, was als Ursache der vielfach beschriebenen Waldschäden zu bewerten ist. Simulationen mit IPCC-SRES-Klimaprojektionsdaten ergaben, dass zukünftig häufiger mit ähnlichen Trockenperioden zu rechnen ist. Zur Sicherung der Stabilität der Waldbestände ergibt sich daraus für die Forstwirtschaft ein extrem eingeschränkter Handlungsrahmen in Bezug auf Umtriebszeiten, Zeitpunkt und Intensität von Durchforstungsmaßnahmen sowie der Baumartenwahl

Ableitung von bodenphysikalischen Parametern für Waldstandorte in Schleswig-Holstein

Die steigende Nachfrage nach großmaßstäblichen Standorts- und Bodeninformationen im Bereich der forstlichen Planungs- und Entscheidungs­unterstützung stellt immer höhere Anforderungen an die Qualität von bodenphysikalischen Basisinformationen (Sand-, Schluff- und Tongehalt, Skelett- und Humusgehalt und Trockenrohdichte). Diese gehen direkt in statistische und prozessorientierte Modelle zur flächenhaften Bewertung des Wasser- und Stoffhaushaltes ein. Abhängig von der Maßstabsebene, in der die flächenhaften Bodeninformationen vorliegen, ergeben sich unterschiedliche Unsicherheiten für die auf diesen Daten basierenden Auswertungen. In Schleswig-Holstein liegen flächenhafte bodenphysikalische Angaben in Form der Waldbodenübersichtskarte im Maßstab 1 : 1.000.000 (BÜK1000), der Bodenübersichts­karte im Maßstab 1 : 200.000 (BÜK 200, BGR©2015) und – bisher noch nicht vollständig - der Bodenkarte im Maßstab 1 : 25.000 (BK25) vor. Die forstliche Standortskarte für Waldflächen in Schleswig-Holstein (1 : 25.000) deckt zwar viele Gebiete ab, die von der BK25 nicht erfasst werden, sie enthält jedoch nur eingeschränkt bodenphysikalische Informationen. Da der forstliche Standortstyp Standorte mit ähnlichen Umwelt­bedingungen und waldbaulichen Möglichkeiten zusammenfasst, wurden die Standortstypen als übergeordnete Einheit zur Herleitung von Bodenleitprofilen verwendet. Vorhandene Bodenprofile (4759) wurden anhand des zugewiesenen forstlichen Standorttyps gruppiert. Für forstliche Standortstypen zu denen mindestens fünf Bodenprofile vorhandenen waren, wurden die Parameter mit verschiedenen Methoden (horizont-, tiefenstufenbezogen) aggregiert. Zur Evaluierung, der nach unterschiedlichen Methoden abgeleiteten bodenphysikalischen Parameter eines Bodenleitprofils dienten die Bodenprofile der zweiten Bodenzustands­erhebung im Wald (BZE II). Die Ergänzung von Bodeninformationen für nichtkartierte Flächen im Maßstab 1 : 25.000 anhand der erstellten Bodenleitprofile für forstliche Standorttypen lieferte hinreichend genaue und verzerrungsfreie Schätzungen der bodenphysikalischen Parameter im Vergleich mit den BZE II-Profilen. Die Qualität der flächenhaften Information basierend auf den erstellten Bodenleitprofilen ist vergleichbar mit den bodenphysikalischen Informationen der BK25

Nährstoffbilanzen für Buchen-, Eichen-, Fichten- und Kiefernbestände bei verschiedenen Nutzungsintensitäten

Für 10 Waldstandorte in Niedersachsen mit Buche, Eiche, Fichte bzw. Kiefer wurden Bilanzen des Ein- und Austrags von Calcium, Kalium, Magnesium und Stickstoff unter Berücksichtigung von 3 Nutzungsintensitäten (ohne Nutzung, Derbholz-Nutzung, Vollbaum-Nutzung) berechnet. Bereits die konventionelle Derbholz-Nutzung kann erhebliche Nährstoffverluste verursachen. Der zusätzliche Entzug einer intensivierten Nutzung wäre bei nährstoffarmen Standorten und besonders für Calcium (Fichte > Buche > Kiefer > Eiche) und Magnesium (Fichte > Kiefer > Buche > Eiche) kritisch. Bei signifikant negativen Bilanzen würde er innerhalb von 100 Jahren bei Calcium > 90 % (Eiche > Fichte > Kiefer > Buche) und bei Magnesium > 110 % (Eiche > Fichte > Buche > Kiefer) des Umfangs einer Kalkung entsprechen. Eine Intensivierung der konventionellen Derbholz-Nutzung sollte deshalb nur auf solchen Standorten erfolgen, wo nachhaltige Nährstoffkreisläufe gesichert sind

Bodenvorräte & Bilanzen von Makronährstoffen als Indikatoren für die ökologische Bewertung intensiver Biomassenutzung im Wald

Die mögliche Nutzungsintensität von Waldbeständen wird häufig anhand einzelner Indikatoren wie den Nährstoffvorräten im effektiven Wurzelraum (AKe), dem Nährstoffentzugsindex oder der Stoffbilanz bewertet. Dabei ergeben sich für die hier untersuchten Flächen des Intensiven Umweltmonitorings für Kalium und Magnesium große Differenzen zwischen den betrachteten Indikatoren, dagegen für Calcium ein eher undifferenziertes Bild. Aufgrund der uneinheitlichen Ergebnisse ist es erforderlich, die Indikatoren hinsichtlich ihrer Aussage genau zu überprüfen. Gleichzeitig sollte die Ableitung von standortspezifischen Empfehlungen für eine angemessene Nutzungsintensität und den Bedarf an Kompensationsmaßnahmen (z. B. Kalkung) unbedingt unter Berücksichtigung aller potenziellen Indikatoren erfolgen

Accuracy, realism and general applicability of European forest models

Forest models are instrumental for understanding and projecting the impact of climate change on forests. A considerable number of forest models have been developed in the last decades. However, few systematic and comprehensive model comparisons have been performed in Europe that combine an evaluation of modelled carbon and water fluxes and forest structure. We evaluate 13 widely used, state-of-the-art, stand-scale forest models against field measurements of forest structure and eddy-covariance data of carbon and water fluxes over multiple decades across an environmental gradient at nine typical European forest stands. We test the models\u27 performance in three dimensions: accuracy of local predictions (agreement of modelled and observed annual data), realism of environmental responses (agreement of modelled and observed responses of daily gross primary productivity to temperature, radiation and vapour pressure deficit) and general applicability (proportion of European tree species covered). We find that multiple models are available that excel according to our three dimensions of model performance. For the accuracy of local predictions, variables related to forest structure have lower random and systematic errors than annual carbon and water flux variables. Moreover, the multi-model ensemble mean provided overall more realistic daily productivity responses to environmental drivers across all sites than any single individual model. The general applicability of the models is high, as almost all models are currently able to cover Europe\u27s common tree species. We show that forest models complement each other in their response to environmental drivers and that there are several cases in which individual models outperform the model ensemble. Our framework provides a first step to capturing essential differences between forest models that go beyond the most commonly used accuracy of predictions. Overall, this study provides a point of reference for future model work aimed at predicting climate impacts and supporting climate mitigation and adaptation measures in forests

Exceedance of critical loads and of critical limits impacts tree nutrition across Europe

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Accuracy, realism and general applicability of European forest models

Forest models are instrumental for understanding and projecting the impact of climate change on forests. A considerable number of forest models have been developed in the last decades. However, few systematic and comprehensive model comparisons have been performed in Europe that combine an evaluation of modelled carbon and water fluxes and forest structure. We evaluate 13 widely used, state-of-the-art, stand-scale forest models against field measurements of forest structure and eddy-covariance data of carbon and water fluxes over multiple decades across an environmental gradient at nine typical European forest stands. We test the models' performance in three dimensions: accuracy of local predictions (agreement of modelled and observed annual data), realism of environmental responses (agreement of modelled and observed responses of daily gross primary productivity to temperature, radiation and vapour pressure deficit) and general applicability (proportion of European tree species covered). We find that multiple models are available that excel according to our three dimensions of model performance. For the accuracy of local predictions, variables related to forest structure have lower random and systematic errors than annual carbon and water flux variables. Moreover, the multi-model ensemble mean provided overall more realistic daily productivity responses to environmental drivers across all sites than any single individual model. The general applicability of the models is high, as almost all models are currently able to cover Europe's common tree species. We show that forest models complement each other in their response to environmental drivers and that there are several cases in which individual models outperform the model ensemble. Our framework provides a first step to capturing essential differences between forest models that go beyond the most commonly used accuracy of predictions. Overall, this study provides a point of reference for future model work aimed at predicting climate impacts and supporting climate mitigation and adaptation measures in forests.Peer reviewe

The PROFOUND Database for evaluating vegetation models and simulating climate impacts on European forests

Process-based vegetation models are widely used to predict local and global ecosystem dynamics and climate change impacts. Due to their complexity, they require careful parameterization and evaluation to ensure that projections are accurate and reliable. The PROFOUND Database (PROFOUND DB) provides a wide range of empirical data on European forests to calibrate and evaluate vegetation models that simulate climate impacts at the forest stand scale. A particular advantage of this database is its wide coverage of multiple data sources at different hierarchical and temporal scales, together with environmental driving data as well as the latest climate scenarios. Specifically, the PROFOUND DB provides general site descriptions, soil, climate, CO2, nitrogen deposition, tree and forest stand level, and remote sensing data for nine contrasting forest stands distributed across Europe. Moreover, for a subset of five sites, time series of carbon fluxes, atmospheric heat conduction and soil water are also available. The climate and nitrogen deposition data contain several datasets for the historic period and a wide range of future climate change scenarios following the Representative Concentration Pathways (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5). We also provide pre-industrial climate simulations that allow for model runs aimed at disentangling the contribution of climate change to observed forest productivity changes. The PROFOUND DB is available freely as a "SQLite" relational database or "ASCII" flat file version (at https://doi.org/10.5880/PIK.2020.006/; Reyer et al., 2020). The data policies of the individual contributing datasets are provided in the metadata of each data file. The PROFOUND DB can also be accessed via the ProfoundData R package (https://CRAN.R- project.org/package=ProfoundData; Silveyra Gonzalez et al., 2020), which provides basic functions to explore, plot and extract the data for model set-up, calibration and evaluation.Peer reviewe

Research questions to facilitate the future development of European long-term ecosystem research infrastructures : A horizon scanning exercise

Distributed environmental research infrastructures are important to support assessments of the effects of global change on landscapes, ecosystems and society. These infrastructures need to provide continuity to address long-term change, yet be flexible enough to respond to rapid societal and technological developments that modify research priorities. We used a horizon scanning exercise to identify and prioritize emerging research questions for the future development of ecosystem and socio-ecological research infrastructures in Europe. Twenty research questions covered topics related to (i) ecosystem structures and processes, (ii) the impacts of anthropogenic drivers on ecosystems, (iii) ecosystem services and socio-ecological systems and (iv), methods and research infrastructures. Several key priorities for the development of research infrastructures emerged. Addressing complex environmental issues requires the adoption of a whole-system approach, achieved through integration of biotic, abiotic and socio-economic measurements. Interoperability among different research infrastructures needs to be improved by developing standard measurements, harmonizing methods, and establishing capacities and tools for data integration, processing, storage and analysis. Future research infrastructures should support a range of methodological approaches including observation, experiments and modelling. They should also have flexibility to respond to new requirements, for example by adjusting the spatio-temporal design of measurements. When new methods are introduced, compatibility with important long-term data series must be ensured. Finally, indicators, tools, and transdisciplinary approaches to identify, quantify and value ecosystem services across spatial scales and domains need to be advanced.Peer reviewe