Sächsische Ertragsversuche – Auslaufmodell oder Erkenntnisquell?
2. Sächsisches Versuchswesen
3.4 Evaluierung von BWINPro-S für „Buchen-Plenterwald“
Im Zuge der Hinwendung zu natürlich verjüngten, ungleichaltrigen Beständen steht natürlich auch die Frage, inwieweit das Programm BWINPro-S das Höhen- und Durchmesserwachstum derartig strukturierter Bestände prognostizieren kann. SCHWARZE (2010) testet dies anhand eines Buchenbestandes mit plenterartiger Struktur. Er unterteilt die Buche in vier Pseudobaumarten „Buche“ unterschiedlichen Alters. Die Einteilung orientiert sich am vertikalen Kronenschluss und erfolgt nach Höhenstufen. Mit den Messdaten von 2002 wird eine Prognose bis zum Jahr 2009 durchgeführt und mit den 2009 real gemessenen Werten verglichen. Zur realitätsnahen Konkurrenzbeschreibung werden nur Buchen innerhalb eines 10 m Randstreifens betrachtet. Anders als bei Buche im Voranbau ergeben sich für die plenterartige Struktur für Höhe (H) und Höhenzuwachs (zH) in den vier
Höhenstufen (mit „fiktivem“ Alter), dass die Höhen der Höhenstufe "1,3 – 7 m" größten Teils überschätzt werden, die der Höhenstufe "7,1 – 1" streuen gleichmäßig um die "Ideallinie" während im Höhenbereich "15,1 – 25 m" eine Unterschätzung erfolgt (Abbildung 7). Alle Abweichungen, abgesehen von zwei Ausreißern, liegen im Bereich zwischen ± 6 m Höhe. Im Mittel weichen die prognostizierten Höhen um - 0,10 m von den realen Höhen ab (Präzision 2,69 m).
Abbildung 7: Prognostizierte über realer Höhe 2002 – 2009; Buche Langula (aus SCHWARZE 2010, S. 36) Die Prognose des Durchmessers (BHD) bzw. Durchmesserzuwachs (zD) scheint unter den Vorgaben verlässlicher (Abbildung 8).
Abbildung 8: Prognostizierter über realem Durchmesser 2002 - 2009; Buche Langula (aus SCHWARZE 2010, S.
34)
Die Trennung nach Höhenstufen (mit „fiktivem“ Alter) verdeutlicht die Streuung der Werte in den jeweiligen Höhenstufen. Im Durchmesserbereich 10 bis 40 cm ("15,1 – 25 m") werden die real gemessenen Werte vom Modell leicht überschätzt. Die Werte der drei anderen Höhenstufen streuen recht gleichmäßig um die "Ideallinie". Der größte Teil der prognostizierten Durchmesser weicht nicht mehr als ± 2 cm vom realen Wert ab. Einzelne Ausreißer haben Werte von über - 6 cm. Auffällig ist, dass in der untersten Höhenstufe "1,3 – 7 m" bis zu einem realen Durchmesserbereich von 3 cm Abweichungen bis 5,4 cm auftreten, stattdessen bis zu einem realen Durchmesser von 6 cm Abweichungen bis - 5,2 cm überwiegen. Der Bias für den gesamten Datensatz liegt bei 0,25 cm (Überschätzung von 2,47 %; Präzision: ± 1,24 cm bzw. 12,31 %). Dies ist durchaus akzeptabel.
SCHWARZE (2010) weist für den Zusammenhang zwischen Durchmesserzuwachs und Ausgangsdurchmesser ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,489 aus (Abbildung 9).
Abbildung 9: Abhängigkeit des mittleren jährlichen Durchmesserzuwachses 1997 - 2009 vom Ausgangsdurchmesser 1997, Buche Langula (aus SCHWARZE 2010, S. 41)
Da sich das Bestimmtheitsmaß mit kleiner werdender und homogenerer Untersuchungsfläche erhöht, untersucht SCHWARZE den Zusammenhang in kleineren Flächen bzw. nach Höhenstufen getrennt mit dem Fazit: Der Ausgangsdurchmesser als alleinige Variable reicht nicht aus. Er bezieht in Anlehnung an HEICHEL (2003), GEROLD (2004a) und GEROLD/RÖHLE (2008) die Variablen Kronenbreite, Kronenlänge, Höhe sowie Konkurrenzindizes ein, wobei er sich bewusst ist, dass sich 79 % der 1997 ermittelten Kronenlängen durch den Ausgangsdurchmesser erklären lassen und die Höhe-Durchmesser-Beziehung ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,9184 aufweist. Mittels partieller Korrelation werden Teilbestimmtheitsmaße ermittelt (Tabelle 3), die sehr gering sind. Das höchste Teilbestimmtheitsmaß der Beziehung Durchmesserzuwachs–Kronenlänge bedeutet, dass weitere 3 % (0,489 ∙ 0,052 ≈ 0,03) des Durchmesserzuwachses zD durch die Kronenlänge KL erklärt werden können.
Tabelle 3: Bestimmtheitsmaße für die Beziehung zD-BHD sowie Teilbestimmtheitsmaße für die Beziehungen zD–
Alter, zD–H, zD–KL, zD–KB der einzelnen Höhenstufen und gesamt (fett = signifikant, kursiv = nicht signifikant auf einem Niveau von α = 0,05)
Höhenstufe 1,3 – 7m 7,1 – 15m 15,1 – 25m >25m gesamt
zD – Kronenbreite 0,054 0,099 0,018 0,001 0,040
Wird das Alter als „fiktive“ Größe entfernt, ergibt sich unter Einbeziehung von Durchmesser BHD, Höhe H, Kronenlänge KL und Kronenbreite KB ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,54. Durch Zusammenfassen von Kronenlänge und Kronenbreite zum "Kronenverhältnis" KV erhöht sich das Bestimmtheitsmaß nach schrittweisem Ausschluss der nicht signifikanten Höhe und Kronenbreite auf R2 = 0,564 und führt zu Funktion
KV
mit den in Tabelle 4 aufgeführten Koeffizienten.
Tabelle 4: Koeffizienten Durchmesserzuwachsgleichung (alle signifikant auf einem Niveau von α = 0,05)
N R2adj a0 a1 a2 a3
379 0,564 0,083 0,003 0,015 -0,041
In BWINPro-S wird der Durchmesserzuwachs als logarithmierter Grundflächenzuwachs des Einzelbaumes berechnet, der programmintern in den Durchmesserzuwachs umgerechnet wird. Der Grundflächenzuwachs ist primär von der Kronenmantelfläche, dem Alter, der Konkurrenz und der Konkurrenzänderung abhängig. In absehbarer Zeit wird es schwer fallen, für Wachstumsmodellierungen ungleichaltriger, plenterartig strukturierter Bestände auf das Alter als Eingangsgröße zu verzichten. Für derartige Bestände ist eine qualitative Evaluierung des Grundflächenzuwachsmodells oder die Neu-Parametrisierung eines Durchmesserzuwachsmodells analog dem Vorgehen von ALBRECHT et al. (2011) dringend angeraten. Es bleibt abzuwarten, ob tatsächlich auf die Variable
„Alter“ verzichtet werden kann.
4. Resümee
Die 50- bis 100-jährigen Datenreihen der sächsischen ertragskundlichen Versuchsflächen dienen dem Verstehen von Wachstumsprozessen und sind unerlässlich bei der Regionalisierung von Inventurdaten. Zugleich sind und werden sie auch künftig eine wesentliche Grundlage für die Parametrisierung und Evaluation von Wachstumsmodellen, insbesondere für ungleichaltrige, vertikal strukturierte Mischbestände, sein. Erste Erfahrungen über die Wachstumsdynamik in Waldumbaubeständen liegen bereits vor. Es zeigt sich, dass der Waldumbau trotz klarer Behandlungskonzepte und besonderer Obhut der Flächen sich oft schwieriger gestaltet als erwartet.
Das sächsische Waldbaukonzept verfolgt seit 1992 den Umbau der produktionsorientierten, gleichaltrigen und einschichtigen Reinbestände in multifunktionale, ungleichaltrige und mehrschichtige Mischbestände. So soll beispielsweise im Westerzgebirge der Fichtenanteil von gegenwärtig 85 % in Reinbestandsform auf maximal 50 % in Baumartenmischung abgesenkt werden. Hierbei führt die Änderung vom Schmalkahlschlag zur Femelung zu
zeitlich verzögerten Erntenutzungen verbunden mit vergleichsweise hohen bleibenden Vorräten der hiebsreifen Bestände. Wie die nach 1980 etablierten Fichtennaturverjüngungen, welche in stärker aufgelichteten Fichtenweiserflächen teilweise flächendeckend vorhanden sind, zeigen, findet das Wachstum in Abhängigkeit vom Schirm sehr differenziert statt. Die durch den Waldumbau erzeugte Strukturierung der Fichtenbestände ist sicherlich zu begrüßen. Die Gefährdung durch Sturm, Nassschnee, Trockenheit und biotische Folgeschädlinge wird aufgrund der prognostizierten Klimaänderungen in den labilen Fichtenökosystemen noch zunehmen. Langfristige ertragskundliche Versuchsflächen sind für die Erfassung derartiger Prozesse unerlässlich.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die dem Waldwachstumssimulator BWINPro-S zugrunde liegenden Wachstumsmodelle, Bezugsertragstafeln, Volumenfunktionen und Konkurrenzmodelle trotz des aufgezeigten Bedarfs an Neu-Parametrisierung bereits recht gut an die Gegebenheiten im ostdeutschen Raum angepasst sind und mittelfristige Prognosen von Bestandesentwicklungen gestatten. Eine zuverlässigere Höhenprognose ist sicher mit dem generalisierten Höhen-Durchmessermodell von SCHMIDT (2009) zu erwarten, dessen Parametrisierung sowohl auf Inventur- als auch Versuchsflächendaten beruht.
Die Kontinuität im sächsischen Versuchswesen vermochten weder zwei Weltkriege noch mehrere gesellschaftspolitische Umwälzungen zu unterbrechen bzw. ganz zum Stillstand zu bringen. Es bleibt der Wunsch, dass die derzeit existierenden Versuchsflächen erhalten und bewahrt bleiben, denn wer in der Zukunft lesen will, muss in der Vergangenheit buchstabieren können.
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