Integration von Totholz in Verfahren der Direktsaat von Weißtanne (Abies alba) und Stiel-Eiche (Quercus robur) zur Begründung stabiler, klimatoleranter Mischwaldökosysteme im Stadtwald Hildburghausen

Abstract

Die erhöhte Frequenz und Intensität von Trockenperioden aufgrund des voranschreitenden Klimawandels beeinträchtigt die Vitalität und Stabilität von Waldökosystemen. Insbesondere durch die Gemeine Fichte (Picea abies) dominierte Wälder sind hierbei stark betroffen. Um dem entgegenzuwirken, setzt man verstärkt auf die Etablierung klimastabiler Mischwälder, zusammengesetzt aus Baumarten mit größerer Trockenheitsanpassung wie Stieleiche (Quercus robur) und Weißtanne (Abies alba). Zur praktischen Umsetzung dieses Waldumbaus rückt neben der Kunstverjüngung durch Pflanzung die Direktsaat als Methode der zur Einbringung dieser, im Waldbild oft nicht oder nur im geringen Maße vorhandenen, Arten in den Fokus. Ziel des Projektes war es zu untersuchen, inwiefern Totholz in die Durchführung der Saat zur Etablierung klimaangepasster Mischwälder praktisch einbezogen werden kann, insbesondere in Hinblick auf das Mikroklima, den bodenchemischen Zustand, die Biodiversität der Bodenvegetation, sowie der Auswirkung dessen auf die Etablierung und Entwicklung der Saaten. Zu diesem Zweck wurden im Stadtwald der südthüringischen Stadt Hildburghausen 11 Dauerbeobachtungsflächen eingerichtet, um die Entwicklung von Direktsaaten von Weißtanne, Stieleiche in Abhängigkeit von Totholzanreicherungen auf den Flächen zu untersuchen. Betrachtet wurden Saaten in den Jahren 2023 mit drei Weißtannen- und Stieleichensaaten, sowie 2024 mit vier Weißtannensaaten und als einer weiteren Referenz der Saat von Rotbuche (Fagus sylvatica). Plots auf den Untersuchungsflächen wurden angereichert mit Totholz, stammend aus Durchforstungen (v.a. Kronenreste), und instrumentalisiert mit Mikroklimamesstechnik zur Aufzeichnung von Temperaturen sowie Boden- und Luftfeuchte. Kontrollplots wurden ohne Anreicherung von Totholz entsprechend ausgestattet. Die Keimlingszahlen pro laufenden Meter sowie die Saatentwicklung/Entwicklungsstadien wurden monatlich erfasst. Zusätzlich wurden Bodeneigenschaften durch bodenchemische Untersuchungen analysiert und geographische Informationen und Analysen aus dem geographischen Informationssystem in die Untersuchung mit aufgenommen. Bestandeskenngrößen zum Altbestand, aus hemisphärischen Aufnahmen abgeleitete Strukturdaten sowie die Zusammensetzung der Bodenvegetation wurden aufgenommen. Verdichtungsmessungen zur Bewertung der Wirkung der Kleinraupe als Zugmittel wurden durchgeführt. Der Keimungserfolg der Weißtannen zeigte sich stark abhängig von der Großwettersituation, bei der im Jahr 2023 eine Kombination aus einer spät einsetzenden Vegetationsperiode verbunden mit einer früh einsetzenden Trockenperiode für stark widrige Keimungsbedingungen sorgte. Es zeigte sich bei den mikroklimatischen Messungen ein starker Abfall der Bodenfeuchte, wodurch in der Folge keine ausreichende Bodenfeuchte als Keimungsreiz zur Verfügung stand, trotz ausreichenden Temperaturen. Durch eine im Vergleich auch mit früheren Jahren sehr früh einsetzende Vegetationsperiode im Jahr 2024 und langanhaltender guter Feuchtigkeitsversorgung bis in den August, war bei den Weißtannen eine deutlich stärkere und länger anhaltende Keimung im Jahr 2024 zu verzeichnen. Unterschiede zwischen den Flächen innerhalb eines Jahres waren hauptsächlich beeinflusst durch standörtliche Bedingungen, insbesondere durch die Nährstoffversorgung die auf den nährstoffarmen, sauren Böden des Untersuchungsgebietes von großer Bedeutung war. Die Bodeneigenschaften zeigten sich auch bei der Stieleiche als wichtigster Faktor, der die Keimlingsdichte und Vitalität bestimmte. Die Totholzanreicherung sorgte für eine durchschnittliche Temperaturabsenkung im Sommer an der Bodenoberfläche und der Bodentemperaturmittel von bis zu 1 °C bzw. bis zu 10 °C bezogen auf Tagesmaximaltemperaturen der Bodenoberfläche. Dies war ebenso der Fall in besonders trockenen Sommerphasen. Im Herbst 2024 führte die Totholzanreicherung dagegen zu einer leichten Temperatursteigerung. Somit konnten besonders sommerliche Extremtemperaturen zu einem gewissen Grad abgemildert werden, was sich potenziell positiv auf die Vitalität der Keimlinge auswirkte. Die Bodenfeuchte wurde hingegen negativ beeinflusst, vermutlich aufgrund der zusätzliche Interzeption durch das Totholz in den intakten Fichtenbeständen, und lag bis zu 10 % unter dem volumetrischen Wassergehalt der Kontrolle. In Abhängigkeit der Witterung und der einhergehenden Limitierungen der Keimung ist der Totholzeffekt daher unterschiedlich zu bewerten. Die Keimlingsanzahl im Allgemeinen wurde durch die Totholzanreicherung nicht beeinflusst. Der Einsatz der forstlichen Kleinraupe als Zugmittel des Saatgerätes führte zu keiner dauerhaften Bodenverdichtung und ist für die untersuchten Standorte als geeignete Alternative zum Pferd zu beurteilen. The increased frequency and intensity of dry periods due to advancing climate change is affecting the vitality and stability of forest ecosystems. Forests dominated by Norway spruce (Picea abies) are particularly affected. To counteract this, there is an increasing focus in forestry on establishing climate-stable mixed forests composed of tree species with high drought resistance, such as pedunculate oak (Quercus robur) and silver fir (Abies alba). For the practical implementation of this forest conversion, the focus is also shifting to direct seeding as a method of artificial regeneration to introduce these species, which are often not present in the forest landscape or only to a limited extent. The project aimed to investigate the inclusion of deadwood in the sowing process for establishing climate- tolerant mixed forests. This investigation focused on microclimate and soil chemistry, as well as their effect on seed establishment and development. To this end, 11 permanent observation plots were established in the municipal forest of Hildburghausen, in southern Thuringia, to study the growth of direct seeding of silver fir, pedunculate oak, and European beech in relation to the accumulation of deadwood on the plots. Seedlings were examined in 2023, with three silver fir and English oak seedlings, and in 2024, with four silver fir and one beech seedling. The plots in the study areas were enriched with deadwood from thinnings (spruce branches and other crown residues) and equipped with microclimate measurement technology to record temperatures, as well as soil and air humidity. Control plots were only instrumented. Seed development was recorded monthly by determining the number of seedlings per meter and their developmental stages. Additionally, soil properties were analyzed using soil chemistry tests, and geographical parameters and analyses were included in the study. The germination success of the silver firs depended heavily on the large-scale weather situation. A late start to the growing season combined with an early onset of a dry period in 2023 created unfavorable conditions for germination. Consequently, microclimatic measurements revealed a significant decrease in soil moisture, indicating insufficient availability as a germination stimulus despite favorable temperatures. Due to an early vegetation period in 2024 compared to previous years and a good, long-lasting moisture supply until August, the silver firs exhibited significantly stronger and longer-lasting germination. Differences between plots within a year were mainly influenced by micro-site conditions, particularly the nutrient supply, which was important in the nutrient-poor, acidic soil of the study area. Soil properties also proved to be the most important factor in determining the density and vigor of pedunculate oak seedlings. The enrichment with deadwood led to an average temperature reduction in the soil surface and soil temperature of up to 1°C and up to 10°C, respectively, in relation to maximum daily soil surface temperatures. In the fall of 2024, it also caused a slight increase in temperature. As a result, extreme summer temperatures were mitigated to a certain extent, which had a potentially positive effect on the vitality of the seedlings. Soil moisture, on the other hand, was negatively affected, potentially due to the additional interception by the dead wood in the intact spruce stands and was up to 10 % below the volumetric water content of the control. The deadwood enrichment did not influence the number of seedlings in general.