Kohlenstoff im System Wald - Umsatzraten, Speicherung und waldbauliche Strategien zur Anpassung an den Klimawandel (C-turn)

Abstract

I. Ziele: Das Projekt zielte grundsätzlich auf die Möglichkeiten zur Stärkung der Kohlenstoffsenken in deutschen Wäldern insbesondere in klimastabileren Laub- und Mischwäldern ab. Damit lagen die Projektziele im Rahmen der Förderziele des Waldklimafonds um Potentiale zur Minderung der atmosphärischen CO2-Konzentration durch optimierte Strategien des Waldmanagements in Deutschland zu erörtern. Eine enge Kooperation von grundlagenorientierten, naturwissenschaftlichen Wissenschaftlern und solchen mit Waldmanagement-Expertise resultierte in neuartigen und nachhaltigen waldbaulichen Strategien zur Anpassung des Forstmanagements. Im Projekt sollte der Kohlenstoffumsatz in Bäumen und Waldökosystemen unter verschiedenen Umweltbedingungen erfasst und die Kohlenstoffsenkenstärke verschiedener Managementszenarien quantifiziert werden. Dafür war das Projekt in vier Arbeitspakete gegliedert, die sich mit der Durchführung und Auswertung von 13C-Tracerexperimenten, der Entwicklung eines kompartimentellen Modells, der Einbindung von Umsatzraten in das Vegetationsmodell LPJ-GUESS und der Analyse von Kohlenstoffverweildauern unter Klima- und Landnutzungswandel in forstlich genutzten Systemen beschäftigten. Die Bearbeitung von Proben bereits abgeschlossener Experimente und die im Rahmen dieses Projekts geplanten Experimente auf stabile Kohlenstoffisotope wurden größtenteils planmäßig durchgeführt und erfolgreich im Sinne der Projektziel genutzt. Über die Planungen hinaus konnte ein dreijähriges Klimakammerexperiment für das Projekt genutzt werden. Das kompartmentelle Modell wurde erfolgreich etabliert und parametrisiert und konnte detailliert die Kohlenstoffdynamiken verschiedener Baumarten abbilden. Die Implementierung in LPJ-GUESS war hingegen nur eingeschränkt möglich, da das Modell stündliche oder tägliche Kohlenstoff-Allokationen noch nicht verarbeiten kann. Die Optimierungsanalysen im Arbeitspaket 4 wurden aber erfolgreich durchgeführt, wobei verschiedene Baumartenmischungen unter den Gesichtspunkten Kohlenstoffspeicherung, Holzproduktion und ökonomischem Ertrag analysiert wurden. Ausgehend von aktuellen Studien zur Kohlenstoffallokation und -verweildauer in Bäumen und Waldökosystemen nutze das Projekt Experimente und Modelle, die sich auf dem neuesten Stand der Technik befinden,wie FACE-Experimenten und dynamische Vegetationsmodelle. Es zeigte sich, dass Umweltfaktoren wie Trockenheit die mittlere Verweildauer von Kohlenstoff in Pflanzengeweben deutlich erhöhen können. Nach dreijähriger Anpassung von juvenilen Baumindividuen an komplexe RCP-Klimaszenarien war deren Kohlenstoffumsatz dagegen beschleunigen. Mischwälder wurden als effektive Strategie zur Erhöhung der Kohlenstoffbindung und zur Risikominderung identifiziert. Im Projekt wurden verschiedene Simulationsansätze weiterentwickelt und ein optimiertes Bestandsmanagement unter Berücksichtigung von bestehenden Unsicherheiten implementiert. Die Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern – darunter die Universität Birmingham (UK), die Universität Lund (Schweden) und diverse deutsche Forschungsprojekte – trug wesentlich zur erfolgreichen Durchführung des Projekts bei. Die entwickelten Methoden und Modelle werden in aktuellen Projekten der Projektpartner sowie in zukünftigen Projekten weiterverwendet und ermöglichen eine bessere Bewertung und Optimierung von Waldstrukturen hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Ziele unter sich ändernden klimatischen Bedingungen.

Aufgabenstellung: Bis auf wenige Ausnahmen konnte das Arbeitsprogramm des Projekts wie geplant und entsprechend der Aufgabenstellung umgesetzt werden. Die grundsätzlichen Ziele des Antrags wurden damit erreicht. Der Antrag war in 4 Arbeitspakete aufgeteilt. Das Arbeitspaket 1 lag im Verantwortungsbereich von Team Grams und beschäftigte sich schwerpunktmäßig mit der Durchführung und Auswertung von 13C-Tracerexperimenten zur Analyse des Kohlenstoff-Umsatzes in juvenilen und adulten Bäumen und Beständen. Das Arbeitspaket 2 wurde gemeinsam von den Teams Grams und Rammig erarbeitet. Die gemeinsam durchgeführte kompartmentelle Modellierung der beteiligten Kohlenstoffpools (z.B. schnell umgesetzter Zuckerpool in Blättern, Transportpool im Phloem oder Stärkespeicherpool in verschiedenen Geweben) Kompartment-Modelle, Schnyder et al. 2012) war ein sehr erfolgreicher Zwischenschritt zur komplexen Modellierung auf Bestandes/Landschaftsebene wie mit dem Modell LPG-GUESS. Dieser Zwischenschritt sicherte die Kooperation und den Informationsfluss zwischen diesen beiden Gruppen. Arbeitspaket 3 wurde dann von Team Rammig verantwortet, wobei Team Knoke hier zentrale Zuarbeit geliefert hat. Ähnlich wie beim Arbeitspaket 2 war diese Zusammenarbeit zwischen den Teams Rammig und Knoke sehr produktiv und hat ebenfalls deutlich zum Erfolg des Gesamtvorhabens beigetragen. Zum Arbeitspaket 4, welches auch integrierenden Charakter hatte, trugen alle 3 Teams bei. Die Federführung in diesem Arbeitspaket lab bei dem Team Knoke. Die folgenden Tabellen geben einen kurzen Überblick über die Abarbeitung der verschiedenen Arbeitspakete (siehe Tabelle 1) und der dazugehörigen Meilensteine (siehe Tabelle 2). Anschließend wird der Ablauf der verschiedenen Arbeitsschritte mit den Planungen abgeglichen und die dabei gemachten Erfahrungen werden erörtert.