3.4 Datenvorbereitung und Ausgabe des Status Quo
3.4.1 Einlesen der Forsteinrichtungsdaten und Generierung der Simulationsbestände
Die Einleseroutine ist in der Lage, Forsteinrichtungsdaten aus einer PostgreSQL-Datenbank zu verarbeiten. Die Zuordnung der Spalten erfolgt über standardisierte Spaltennamen, die in Tabelle 3.4.1.a zu finden sind. Für jede Unterabteilung (Definition siehe Glossar) liegen im Ausgangsdatensatz Forsteinrichtungsdaten vor. Zu jeder Unterabteilung können mehrere Zeilen Informationen gehören. Jede dieser Zeilen enthält die Verteilungsinformationen eines Baumkollektivs gleicher Art und gleichen Alters. Ein Simulationsbestand wird aus der Summe dieser Verteilungen, also unterabteilungsweise, gebildet. Zwar scheidet die Forsteinrichtung unterhalb der Unterabteilung in manchen Fällen Hilfsflächen (Definition siehe Glossar) aus, da diese jedoch nicht kartographisch festgehalten werden, wäre eine räumliche Auswertung der Ergebnisse nicht möglich.
Verteilungsinformationen von Hilfsflächen werden daher beim Bestandesaufbau behandelt, als seien sie Teile der Unterabteilung. Sie werden nicht räumlich von der Unterabteilung getrennt.
Tabelle 3.4.1.a: Aufbau der Tabelle für Forsteinrichtungsdaten aus der Quelldatenbank.
Spalten-name direkt simulations-relevant
Format Inhalt Alternative Herleitung
n ja int4 Fortlaufende Nummer nicht möglich
id ja text Bestandesname nicht möglich
species ja int4 Artenkennzahl nicht möglich
age ja double Alter nicht möglich
dg ja double Mitteldurchmesser aus nicht ersetzbaren Parametern und ycr
hg ja double Mittelhöhe aus nicht ersetzbaren Parametern und ycr
dmax ja double maximaler Durchmesser aus nicht ersetzbaren Parametern ba_ha ja double Grundfläche pro Hektar aus standsize, owner, ycr, sdi, layerperc,
size
si ja double absolute Bonität
(Höhe im Alter 100)
aus nicht ersetzbaren Parametern site_1 ja double Wasser-/
Nährstoffhaushaltskennziffer nicht möglich standsize nein double Bestandesgröße aus layer, size
owner nein int4 Besitzerkennzahl für ba_ha
ycr nein double Leistungsklasse für ba_ha
sdi nein double Bestockungsgrad für ba_ha
layer nein double Schicht für ba_ha
layerper c
nein double Flächenprozent für ba_ha
size nein double Standraum für ba_ha
Die erzeugten Simulationsbestände (entsprechen Unterabteilungen) haben eine Standardgröße von 0,25ha. Von der Beibehaltung der realen Größen der Unterabteilungen wurde abgesehen, da bei einer zu hohen Anzahl von Einzelbäumen die Speicherkapazität des Rechners überschritten wird. Die im Programm festgeschriebene höchste Anzahl12 von Bäumen des Bestandes wurde daher auf 4000 Bäume gesetzt. Bei einem Simulationszeitraum von vierzig Jahren wird diese Grenze leicht überschritten, wenn mit realen Größen gearbeitet wird. Ein weiterer Grund für die Einschränkung ist, daß der Rechenaufwand der Simulation überproportional mit dem Anstieg der simulierten Bestandesgröße wächst. Eine 0,25ha große Simulationsfläche ermöglicht die wirklichkeitsnahe Abbildung selbst artenreicher Bestände und senkt das Risiko, daß die Baumzahl auf über 4000 Individuen steigt, auf ein Minimum herab.
Die Zugehörigkeit zu einer Unterabteilung (zu einem Simulationsbestand) muß im Ausgangsdatensatz durch einen eindeutigen Namen gekennzeichnet sein (Spalte „id“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Die fortlaufende Nummer (Spalte „n“, siehe Tabelle 3.4.1.a) 12 Diese Anzahl wird als Summe aller seit Simulationsbeginn generierten Individuen des betrachteten
Bestandes verstanden. Abgestorbene/entnommene Bäume werden bei dieser Anzahl mitgerechnet.
3 Material und Methoden
ermöglicht es, an beliebiger Stelle der Forsteinrichtungstabelle mit der Generierung der Bestände einzusetzen. Zunächst wird die Summe der Zeilen, die zu der betrachteten Unterabteilung (entspricht dem betrachteten Bestand) gehören, eingelesen. Erst dann beginnt die Datenergänzung.
Das Ziel der Datenergänzung ist es, alle zur Generierung der Einzelbaumdaten nötigen Informationen aus Werten heraus zu ergänzen, die in gängigen Forsteinrichtungsverfahren erhoben werden. Nach der Datenergänzung kann die in BWINPro implementierte Routine Einzelbäume aus den Verteilungsinformationen unter der Voraussetzung generieren, daß das beschriebene Kollektiv als Teil des Bestandes und nicht als Teil der Verjüngung anzusehen ist. Die Grenze wird dabei bei einem Mindest-Dg von 8cm und einer Mindesthöhe von 1,3 Metern gezogen. Erreicht das betrachtete Kollektiv diese Grenze nicht, so werden die Angaben als Verjüngungsinformationen gespeichert, so daß im Laufe der Simulation Einwuchs aus diesen Verjüngungsdaten generiert werden kann.
Zur Generierung von Einzelbauminformationen müssen folgende Verteilungskennwerte vorliegen (siehe NAGEL 1999, Definition der Kennwerte siehe Glossar): Art, Alter, Dg, Hg, Dmax, Grundfläche, absolute Bonität (Höhe im Alter 100). In den folgenden Abschnitten wird auf die Möglichkeiten eingegangen, die das Programm zur Herleitung dieser Informationen bietet.
Art
Die Baumart wird den generierten Einzelbäumen durch eine Artennummer eindeutig zugeordnet. Die verwendete Numerierung ist in der Anweisung zur Betriebsregelung in den Niedersächsischen Landesforsten (B.A.87) zu finden (siehe NIEDERSÄCHSISCHE
LANDESFORSTVERWALTUNG 1987, Seiten 1A und 2A). Diese Information ist nicht ersetzbar (Spalte „species“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Verteilungen, die ungültige Baumartennummern enthalten, können nicht generiert werden.
Alter
Das Durchschnittsalter einer Schicht (in Jahren) wird als Alter der generierten Einzelbäume übernommen. Auch diese Information muß in jedem Fall vorliegen (Spalte
„age“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Daten zur Altersspanne, die ein Kollektiv weiter beschreiben, können bei der Generierung der Einzelbäume nicht verarbeitet werden.
Dg
Für die Einzelbaumgeneration muß jedem Kollektiv ein Mitteldurchmesser (Dg) zugeordnet sein. Die Datenergänzungsroutinen sind allerdings in der Lage, die Werte herzuleiten, falls sie in den Quelldaten fehlen (Spalte „dg“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Die Datenergänzung stützt sich auf Hilfstafeln (NIEDERSÄCHSISCHES FORSTPLANUNGSAMT 1987), die eine Beziehung zwischen Baumart, Alter, Leistungsklasse und Dg herstellen. Sind Baumart, Alter und Leistungsklasse bekannt, kann über diese Tafeln ein entsprechender Dg zugeordnet werden. Wird der Dg einer Baumart gesucht, die nicht Bestandteil der Tafeln ist, so wird der Dg einer ähnlich wachsenden Baumart angenommen (zum Beispiel gemeine Fichte
(Picea abies) statt Blau-Fichte (Picea pungens)). Liegt die Leistungsklasse oder das Alter außerhalb des vorgesehenen Wertebereichs, so wird lediglich zwischen Laubholz (das dann wie Buche behandelt wird) und Nadelholz (das dann wie Fichte behandelt wird) unterschieden. Ist auch der Umfang dieser Tafeln nicht ausreichend, wird der gesuchte Wert durch Extrapolation ermittelt.
Hg
Fehlende Hg-Werte (Spalte „hg“, siehe Tabelle 3.4.1.a) werden analog zu dem Verfahren bei fehlendem Dg ergänzt. Mit Hilfe von Baumart, Alter und Leistungsklasse wird durch den Einsatz von Hilfstafeln (nach NIEDERSÄCHSISCHES FORSTPLANUNGSAMT 1987) auf die Hg geschlossen. In dem Fall, daß das Alter der Verteilung unter dem niedrigsten in der Hilfstafel vorkommenden Alter liegt, wird eine einfache lineare Beziehung zwischen Dg (der gegebenenfalls im Schritt zuvor ergänzt wurde) und Höhe angenommen.
Dmax
Der Dmax wird mit Hilfe zweier einfacher Beziehungen aus dem Dg der Verteilung geschätzt. Ist der Dg geringer als 15cm, so wird angenommen, daß der dazugehörige Dmax beim 1,1-fachen dieses Werts liegt. Bei einem Dg von 15cm oder darüber wird der Dmax auf das 1,4-fache geschätzt.
Grundfläche
Die Anzahl der zu generierenden Einzelbäume wird durch die von der Art eingenommene Grundfläche im Bestand gesteuert. Ist die angegebene Grundfläche erreicht, bricht die Generierungsroutine ab. Die zu generierende Grundfläche wird in mehreren Schritten hergeleitet. Zunächst wird die Grundfläche pro Hektar ermittelt, die bei der vorliegenden Baumart, der gegebenen Leistungsklasse und dem angegebenen Alter in einem Bestand mit Bestockungsgrad 1 zu erwarten ist (Spalte „ycr“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Dazu wird auf eine Hilfstafel (nach NIEDERSÄCHSISCHES FORSTPLANUNGSAMT 1987) zurückgegriffen. Analog zum Vorgehen bei Hg und Dg ist auch diese Routine in der Lage, die Grundfläche durch Extrapolation zu ermitteln, falls die gegebenen Werte (Alter oder Leistungsklasse) nicht im Bereich der Tafel liegen. Die so ermittelte Grundfläche pro Hektar muß nun noch mit dem angegebenen Bestockungsgrad multipliziert werden. Dieser wird der Forsteinrichtungstabelle entnommen (Spalte „sdi“, siehe Tabelle 3.4.1.a). Die tatsächliche Grundfläche pro Hektar ergibt sich aus der Multiplikation des Werts pro Hektar mit der Anteilfläche, die die Baumart pro Hektar einnimmt. Dazu wird das Verhältnis des tatsächlichen Standraums der Baumart zur tatsächlichen Bestandesfläche verlangt.
Je nach der Herkunft der Ausgangsdaten ist dieser Prozentsatz direkt bekannt oder muß erst noch ermittelt werden. Welcher Rechenweg verwendet wird, hängt von der Angabe in der Spalte „owner“ ab. Bei den Ausgangsdaten, die von der Forstbetriebsgemeinschaft („owner“ = 2) aufgenommen wurden, entsprechen die Werte der Spalte („layerperc“, siehe Tabelle 3.4.1.a) schon dem gesuchten Flächenanteil.
3 Material und Methoden
Für Forsteinrichtungsdaten, die ähnlich zu dem Verfahren der Niedersächsischen Landesforsten erhoben wurden - dazu zählen in dieser Arbeit die Niedersächsischen Landesforsten selbst („owner“ = 1) und das Forstamt der Klosterkammer Soltau („owner“ = 3) -, wird folgende Berechnung angewendet: Zunächst wird die Fläche errechnet, auf der die Baumart stockt. Dazu werden die Standräume aller Kollektive (Spalte „size“, siehe Tabelle 3.4.1.a), die einer Schicht und derselben Teilfläche (Hilfsfläche oder restliche Bestandesfläche) angehören, aufsummiert. Da in der Forsteinrichtung ab 0,05ha abgerundet wird, kann die Summe der Standräume 0 sein. In diesem Fall wird den Zeilen dann eine Zufallszahl zwischen 0,001 und 0,05 zugeordnet. Über den Prozentsatz, den die Teilkollektive an der betrachteten Schicht der betrachteten Teilfläche haben („layerperc“, siehe Tabelle 3.4.1.a), der Summe des Standraumes der Schicht in der Teilfläche und der Gesamtbestandesgröße kann dann der prozentuale Anteil des Teilkollektivs (einer Zeile) am Gesamtbestand errechnet werden. Die Bestandesgröße selbst kann entweder aus der Datengrundlage übernommen werden („standsize“) oder aus den Spalten „size“ und
„layer“ hergeleitet werden (siehe Tabelle 3.4.1.a).
Absolute Bonität
Die Höhe im Alter 100 (absolute Bonität) steuert neben der Art und Konkurrenzfaktoren das Höhenwachstum eines Baums. Der Wachstumssimulator BWINPro ist in der Lage, eine solche Angabe aus der H100 und dem dazugehörigen Alter artengetrennt zuzuordnen. Diese Funktion wird von den im Rahmen dieser Arbeit erstellten Komponenten genutzt. Dabei wird immer auf die Kennzahlen des ältesten Kollektivs einer Art zurückgegriffen. Ist das betrachtete Kollektiv besonders alt (über 100 Jahre) oder besonders jung (es gehört der Verjüngung an), wird statt auf diese BWIN-Funktion auf die Hilfstafeln der Metadatenbank (nach NIEDERSÄCHSISCHES FORSTPLANUNGSAMT 1987) zurückgegriffen, aus der mit Hilfe der Leistungsklasse und der Baumart die im Alter 100 zu erwartende Höhe ermittelt wird.