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Zusammenfassung Heft 44



Freiburger Bodenkundliche Abhandlungen

Schriftenreihe des
Instituts für Bodenkunde und Waldernährungslehre

der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.
Schriftleitung: P. Trüby

Heft 44

Nicole Wöhrle

Randomisiert wandernde Messplots.
Raum-Zeit-Modellierung von Parametern des Stoffhaushalts in heterogenen Kalkbuchenwäldern



Freiburg im Breisgau 2006

ISSN 0344-2691


Zusammenfassung:


In Waldökosystemen ist die Erfassung und Modellierung der räumlichen Heterogenität von Stoffflüssen im Rahmen integrierter Ökosystemforschung eine besondere Herausforderung. Aus praktischen Gründen werden die Parameter des Stoffhaushalts in der Regel an wenigen festen Punkten zeitlich hochauflösend erfasst. Der hohen räumlichen Variabilität wird hierbei oft wenig Rechnung getragen.

Ausgehend von der Beobachtung, dass zahlreiche Kenngrößen des Stoffflusses extern, z.B. durch die Temperatur, angetrieben werden, wird im vorgestellten Verfahren der "randomisiert wandernden Messplots" (RMP) die zeitliche Dynamik über Zeitreihen einfach zu erfassender "Globalvariablen" modelliert. Frei werdende Messpotentiale werden in die Erfassung der räumlichen Variabilität investiert, indem an wenigen Punkten jeweils nur ein kurzes Zeitintervall erfasst und die Messeinrichtungen anschliessend auf der Fläche versetzt werden. Die an den RMP-Punkten verbliebenen Abweichungen des Globalmodells werden mittels räumlicher Statistik auf Muster untersucht und anhand lokal wirkender Faktoren, z.B. der Kronenstruktur, erklärt.

Die methodische Erprobung des Verfahrens wurde in Buchenwäldern auf Carbonatgestein durchgeführt. Auf einem Nord-Ost und einem Süd-West exponierten Hang wurden zwei jeweils ca. 0.5 ha große Parzellen unterschiedlicher waldbaulicher Behandlung (starker Schirmhieb und Kontrollfläche) über eine Zeitdauer von drei Vegetationsperioden im RMP-Verfahren mit je drei Messeinrichtungen im 14-tägigen Versetzungszeitraum beprobt. Für jede waldbauliche Behandlungsvariante standen somit ca. 90 räumlich verteilte Punkte für die Auswertung zur Verfügung. Externe Zeitreihen der meteorologischen "`Globalvariablen"' standen für beide Expositionen aus zeitlich hochaufgelösten Messreihen von Messtürmen zur Verfügung. Als Referenz wurden auf jedem Hang zusätzlich vollständige Zeitreihen anhand von konventionell instrumentierten stationären Messplots erhoben. Die Kronenstruktur wurde aus Punktdichtetreffern der Vegetationsoberfläche aus flugzeuggetragenen Laserscan-Daten abgeleitet.

Anhand von Zeitreihenanalysen konnte gezeigt werden, dass die zeitliche Dynamik verschiedener Parameter des Stoffflusses mit den Zeitreihen der Globalvariablen, vor allem der Lufttemperatur, der Globalstrahlung, dem Freilandniederschlag und der potentiellen Evapotranspiration hoch korreliert sind. Dies gilt auch für die Ionenkonzentration in der Bodenlösung des Sickerwasserstroms auf dem untersuchten Carbonatstandort. Dies bestätigt, dass der zeitliche Trend von den Globalvariablen abgeleitet werden kann.

Die waldbaulichen Behandlungseinheiten konnten aufgrund der Abweichungen der RMPs vom zeitlichen Modell  hinsichtlich ihres mittleren Wasser- und Bodenwärmehaushalts statistisch belastbar differenziert werden. So weisen die Schirmhiebe flächig signifikant höhere Bestandesniederschläge und Bodentemperaturen, sowie einen feuchteren Oberboden auf.

In der Verteilung des Bestandesniederschlages wurden räumliche Verteilungsmuster aufgedeckt. Die identifizierten Reichweiten des räumlichen Zusammenhangs von 6 - 15 m liegen hierbei durchaus im Bereich aufwändiger Spezialstudien mit fixen Messeinrichtungen. Vergleiche mit dem mittleren Kronendurchmesser und der Kronenstrukturkarte belegen einen Einfluss der Bestandesstruktur auf die räumliche Verteilung des Bestandesniederdschlages. Auch für die Bodentemperatur konnten räumliche Verteilungsmuster erkannt werden, die ebenfalls auf einen Einfluss der Kronenstruktur hindeuten. Die vorliegende Punktdichte war im Hinblick auf den stark strukturierten Oberboden zu gering, um auch für das Matrixpotential kleinräumige Muster aufzudecken.
 
Die Ergebnisse dieser methodischen Studie zeigen, dass mit stark verringertem Messaufwand anhand von sechs Messstellen pro Hektar statistisch belastbare Flächenaussagen über unterschiedliche waldbauliche Behandlungsvarianten getroffen werden können. Darüberhinaus sind die Ergebnisse vielversprechend, durch die Erhöhung der RMP-Anzahl differenziertere räumliche Muster und daraus abgeleitet räumlich wirkende Faktoren isolieren zu können und somit eine echte Raum-Zeit-Modellierung mit dem RMP-Verfahren möglich wird. Im Hinblick auf Raum-Zeit-Strukturen und die Anwendung des
RMP-Verfahrens zur Stoffflussmodellierung besteht jedoch noch Forschungsbedarf.

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