für das forstliche Versuchswesen CH 8903 Birmensdorf

Eidgenössische Anstalt

für das forstliche Versuchswesen CH 8903 Birmensdorf

Institut federal

de recherches forestieres CH 8903 Birmensdorf lstituto federale

di ricerche forestali CH 8903 Birmensdorf Swiss Federal Institute of Forestry Research CH 8903 Birmensdorf

Mai 1977

Nr. 173 173

Berichte Rapports Rapporti Reports

Hans Turner und Peter Blaser

Mikroklima,

Boden und Pflanzen an der oberen Waldgrenze

Oxf. 111.84: 114.33: (234.3): (494)

Separatdruck aus

Terra Grischuna/Bündnerland 3/77

Seiten 158-160

Mikroklima,

Boden und Pflanzen an der oberen Waldgrenze

Hans Turner und Peter Blaser

Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, BirmensdorflZH

Das Versuchsgelände Sti/lberg am 5. Oktober 1966 um 11.52 MEZ bei wolkenlosem Wetter aus 2480 m Höhe senkrecht aus der Luft aufgenommen. Die Beleuchtung durch die Sonne betont das in Rinnen und Rippen gegliederte Relief und wirft nach Norden weisende Schatten einzelner Bäume ins Gelände. Die Umweltbedingungen im oberen Teil der grössten Hangrinne werden im vorliegenden Aufsatz näher betrachtet. Foto Eidg. Vermessungsdirektion, Bern.

Seit Jahren wird von Mitarbeitern der Eidgenössischen Anstalt für das forstliche Versuchswesen in Birmens- dorf ZH auf einem dafür geeigneten Gelände im Disch- matal bei Davos untersucht, wie in dem bioklimatisch besonders ungünstigen Bereich der oberen Waldgren- ze neue Lawinenschutzwälder geschaffen werden kön-

nen. Im einzelnen wird der Einfluss der Standortsfak- toren auf das Wachstum von Bäumen, Schädigungen durch Umwelteinflüsse sowie biologische und tech- nische Massnahmen zum Schutze von Hochlagenauf- forstungen studiert.

Grosse Hangrinne (Hauptlawinenzug) Slil/berg, Blick hangaufwärts auf die charakteristische Zonierung der Vegetation im Herbstaspekt. Auf der linken Seite (Schattenhang) Krähenbeeren-Vaccinienheide, am Grunde der Rinne Wolliges Reitgras, am rechten Einhang (Sonnenhang) Wacholder-Bärentraubenheide mit Heidekraut.

An der oberen Waldgrenze der Alpen und anderer:-Gebirge der gemässigten Zone gibt es eine merkwürdige Erschei- nung: An den wenigen Stellen, wo sich der Wald seit der letzten Eiszeit ungestört entwickeln konnte und wo er so weit nach oben reicht, wie es das gegenwärtige Klima zulässt, dort verläuft die Grenze erstaunlich geradlinig und horizon- tal über die verschiedenen Geländeformen wie Hangrippen, Hangrinnen, Verebnungen und Versteilungen hinweg, und es ist eine erstaunlich scharfe Grenze. Ein ganz anderes Bild aber bietet sich an den Flanken jener Täler, wo der Wald von Mensch und Vieh herabgedrängt worden ist: sofern die schädlichen Einflüsse aufgehört haben, der Wald längere

Zeit in Ruhe gelassen wurde - und ganz abgesehen von. La- winenzügen -, rückt der Wald keineswegs in breiter Front wieder nach oben vor, sondern man sieht deutlich, dass der Jungwuchs keilförmig nur an ganz bestimmten Stellen nach oben vorstossen kann, so dass die Wald- und Jungwuchs- grenzen sich in wild gezackter Linie gegen die umgebenden Matten und Zwergstrauchheiden absetzen.

Diese Erscheinung bedeutet offensichtlich, dass für die Exi- stenz eines reifen, voll entwickelten Waldbestandes an sei- ner oberen Grenze andere Gesetze gelten als für die Exi- stenzmöglichkeit des forstlichen Neuwuchses. Dieselben Gesetze scheinen aber auch zum Ausdruck zu kommen,

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20 30 40 50 60 70 80

kcal/cm²

8

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c=l 1

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4 OC

18 20 22 24

- 5

90 ^{160 140 120 100 30 60}

%

Verteilung wichtiger Umweltfaktoren im oberen Teil (80

x

80 m) der grossen Hangrinne, Stillberg.

Oben links: Globale Hangbestrahlung bei wolkenlosem Him- mel, 20 bis 90 kcallcm•.

Oben rechts: Mittlere Windgeschwindigkeit bei Tage (6 bis 18 Uhr} in 1 m Höhe ü. 8., 60 bis 160 Prozent des räumlich-zeitli- chen Mittelwertes (100 Prozent

=

Mitte: Temperatur an der Bodenoberfläche, 8 bis 24 °C e. T.

Unten links: Vegetationstypen: 1

=

=

=

·Krähenbeeren-Vaccinienheide mit Moosflechten, 4

=

=

=

=

Unten rechts: Bodentypen: 1 = Ranker, 2 = Ockerpodsole und kryptopodsolierte Böden, 3

=

=

=

=

10

- 2

20 30 40

- 3 - 4

50 60

- 5

70 80 m

j J Luvschottenseite ¹ i Leesonnenseite

1 1

1 1

iCetrorio- 1 Empetro-Voccinietum I Loiseleuri- 1 hylocomietosum

1 1

1 Colomogro- 1 Junipero-Arctostophyletum 1etum 1

1st,etum 1

I villosoe 1 IFioch_grünc!t Eisenhumus-Podsol

liges Eisen-1 mit extremer 1 humus- I Rohhumusoufloge

1 Podsol ₁

1 Runsenböden 1

1 Kryptopodsole }

!•extreme Ockerpodsole . Eisenpodsole I schwach podsolierte mit Moder

Böden

1

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Bodensequenz quer durch eine Geländerinne in der Versuchsfläche Stillberg.

wenn die Gebirgsförster immer wieder feststellen müssen, dass Aufforstungen oberhalb der aktuellen (momentan be- stehenden und künstlich herabgedrückten) Waldgrenze in manchen Fällen einigermassen gut gedeihen, an anderen Orten mit grossen Schwierigkeiten zu kämpfen haben und an wieder anderen Stellen ganz versagen.

Die grosse Frage, warum das so ist und was getan werden muss, um hochgelegene Lawinenschutzwälder erfolgreicher als bisher neu begründen zu können, beschäftigte insbeson- dere seit den grossen Lawinenkatastrophen der Jahre 1951 und 1954 massgebende forstliche Kreise sehr stark, und es reifte damals der Entschluss, den Dingen mit einer grossan- gelegten Untersuchung auf den Grund zu gehen. Denn man kennt die fatalen Folgen, wenn Gemeinde, Kanton und Bund viel Geld und Arbeit in die Aufforstung und Verbauung un- produktiver Weiden in entwaldeten Hochlagen investiert ha- ben und nach wenigen Jahren, trotz aller Müh' und Plage, an den traurigen Überresten der Kulturen sich der totale Miss- erfolg ablesen lässt: über Generationen hin kann in der be- treffenden Gemeinde die Lust zu solch kostspieligen und ri- sikoreichen Unternehmungen verdorben werden.

Auf der 2000 bis 2230 m hoch gelegenen, nach Nordosten gerichteten, 35 bis 45 Grad geneigten Steilstufe des Stillber- ges im Dischmatal bei Davos ist im Jahre1959 in Zusammen- arbeit zwischen Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswe- sen und Eidg. lnstitutfürSchnee- und Lawinenforschung ein in der Welt einmaliger Versuch begonnen worden: Ein 7,5 Hektaren grosses Gelände, das mehrere aktive Lawinenan- bruchgebiete und ein lebhaftes Relief aufweist, wurde von der Alpgenossenschaft Dischma dem Bund langfristig verpach- tet; zum Schutz vor Beweidungseinflüssen wurde das Gelän- de eingezäunt. Das Kernstück des Versuchsplanes besteht darin, dieses Versuchsgelände mit modernen Messmethoden so zu untersuchen, dass die Verteilung aller wesentlichen Umweltbedingungen in grossmassstäblichen Karten (1:500) ersichtlich wird, im gleichen Gelände Aufforstungen, teil- weise unter Anwendung verschiedener «Starthilfen», durch- zuführen und den «Aufforstungserfolg» (Überlebensraten, Zuwachs, Schädigungen) mit den Umweltfaktoren in Ver- bindung zu bringen, um schliesslich aus der Kenntnis der Zusammenhänge die optimalen Schutz- und Förderungs- massnahmen zu entwickeln.

Es ist hier nicht der Ort, auf die vielfältigen und in vielen Pu-

blikationen dargestellten Ergebnisse der bisherigen Unter- suchungen im Detail einzugehen. Es sei nur erwähnt, dass entgegen manchen Erwartungen die Aufforstungen ausser- und innerhalb der Lawinenzonen in den ersten 10 bis 15 Jah- ren gar nicht oder nur unwesentlich von den Schneebewe- gungen, sondern von den verschiedensten anderen Umwelt- faktoren schädigend bis tödlich getroffen werden. Beispiels- weise versagen Hochlagenaufforstungen an allen jenen Stel- len, wo die Sonnenbestrahlung und Sommerwärme ungenü- gend ist (so dass die neugebildeten Triebe unausgereift - ungenügend verholzt und kutinisiert - den harten winterli- chen Bedingungen ausgesetzt sind), sie versagen auch dort, wo im Winter der Wasserhaushalt der jungen Bäume wegen wind- und strahlungsbedingter Frosttrocknis zusammen- bricht, wo die Wettbewerbskraft der Begleitvegetation stär- ker als jene der Bäumchen ist, wo die zu lange liegen blei- bende Schneedecke die Vegetationsperiode um mehr als 3½ Monate verkürzt und wo die Schneedecke den Angriff para- sitischer Schneepilz-Krankheitserreger begünstigt. Inwie- weit auch die Nährstoffe im Boden, die Art und die Mächtig- keit der Humusschichten das Gedeihen der Aufforstungen entscheidend beeinflussen, müssen weitere Untersuchun- gen klären. Jedenfalls hat sich gezeigt, dass es an den mei- sten Stellen möglich ist, die Aufforstungen durch biolo- gisch-technische Massnahmen (Starthilfen) mit relativ einfa- chen, aber den Umweltbedingungen angepassten Mitteln zu schützen und zu fördern.

Was vor allem überrascht hat und was Aufschluss gibt über das auf engem Raume so ungleiche Gedeihen der Forstkul- turen, ist die Tatsache, dass wichtigste Umweltbedingungen sozusagen auf Schritt und Tritt wechseln können, insbeson- dere, weil die Geländeformen des Kleinreliefs im strahlungs- reichen und stark bewindeten subalpinen entwaldeten Ge- lände klimatisch ungemein wirksam sind, indem sie für ge- richtet verlaufende Witterungselemente Barrieren darstellen:

Neigung und Richtung der Hanglagen zur Sonne und zum Wind schaffen grosse klimatische Unterschiede auf klein- stem Raum. Die Gegensätze zwischen Sonn- und Schattsei- te sowie zwischen Luv- und Leeseite erzeugen ein so diffe- renziertes Mikroklima im Boden und in der bodennahen Luft- schicht, dass sie eine oft geradezu mosaikartige oder fein- streifige Verteilung verschiedener Lebensgemeinschaften zur Folge haben. Eine weitere Folge der kleinräumigen Klima- und Vegetationsgegensätze sind entsprechend abgewan- delte Bodenausbildungen. Wir dokumentieren die Verhält- nisse beispielhaft, indem wir aus Karten der Sonnenbestrah- lung, der mittleren Windgeschwindigkeit, der Bodenoberflä- chentemperatur, der. Vegetations- und der Bodentypen je den gleichen Geländeausschnitt zeigen (s. farbige Karten).

Für diesen Geländeausschnitt haben wir die sogenannte grosse Mulde ausgewählt, den oberen Beginn der am besten entwickelten Hangrinne, auch Abbruchzone der Hauptlawi- ne des Stillberges, mit Einhängen, die nach Osten und nach Norden gerichtet und rund 44 Grad geneigt sind, beidseits begrenzt von windexponierten Geländerippen. Die mikrokli- matischen Kartierungen gelten für die Verhältnisse während der schneefreien Vegetationsperiode (Juni bis September).

Bei wolkenlosem Himmel werden die nach Osten gerichteten Einhänge von Sonne und Himmel etwa viermal stärker be- strahlt als die Nordhänge. - Der Wind weht in der Regel am Morgen nach Sonnenaufgang hangaufwärts, dreht dann all- mählich in die Hauptwindrichtung Nord (schräg hangauf-tal-

einwärts) und weht schliesslich am späteren Nachmittag genau taleinwärts quer zu den Hangrippen und -rinnen (im Kartenausschnitt von rechts nach links); im Zusammenwir- ken mit dem Relief ergibt sich die dargestellte Windge- schwindigkeitsverteilung, wonach der Wind auf den Gelän- derippen durchschnittlich doppelt bis dreimal so stark wie an den Leeseiten dieser Rippen und am Grunde der Rinne weht. - Besonnungs- und Windverteilung zusammen erge- ben als Effekt die Temperaturverteilung am Boden, der in den steilen, schattigen, relativ gut vom Wind bestrichenen Nord- lagen am kältesten ist (acht bis zehn Grad Celsius wie in ark- tischen Landstrichen), dagegen erreicht die Temperatur an den besser sonnenbestrahlten und windgeschützten Ost- hängen Durchschnittswerte von 20 bis gegen 24 Grad Cel- sius (wie in wärmsten Mittelmeergegenden).

Diesen markanten mikroklimatischen Gegensätzen ent- spricht der Pflanzenwuchs. Die kalten Nordhänge zeigen den arktischen Vegetationstyp der Krähenbeeren-Vacci- nienheide, an windreichen Stellen mit Flechtenbeimengun- gen, an wind- und verdunstungsschwachen Plätzen mit Un- terwuchs aus Stockwerkmoos. Die sonnigen Osthänge da- gegen werden von einer warm-trocken getönten Vegetation, bestehend aus Zwergwacholder, Heidekraut und Immer- grüner Bärentraube besiedelt. Auf den windexponierten Geländerippen dominiert die eng dem Boden angeschmiegte Alpenazalee mit austrocknungsresistenten Wind- und Ren- tierflechten. Am Grunde der Rinne schliesslich kommt das Wollige Reitgras zur Herrschaft, das in dem hier vorliegen-

den grobblockigen, wasserzügigen, fast nie gefrorenen Bo- den bestes Gedeihen zeigt und auch den hier verstärkten Schneebewegungen trotzt.

Auch die Böden zeigen in diesem Geländeabschnitt in ihrer Ausbildung eine starke Differenzierung. Dies wird verständ- lich, wenn man bedenkt, dass die Bodenbildung durch die Umweltfaktoren in letzter Konsequenz geprägt wird. Die re- liefbedingten grossen mikroklimatischen Unterschiede be- günstigen das Aufkommen verschiedener Zwergstrauchge- sellschaften, die ganz verschiedenartige Streuarten liefern.

Durch die Einwirkung besonders von Bodentemperatur und Bodenfeuchtigkeit auf diese Bestandesabfälle entstehen ver- schiedene Humusformen und unterschiedlich ausgeprägte Böden.

Auf Kuppen und Kreten sind die Böden wegen langer Bo- denfrostperioden und wegen geringer Sickerwassermengen (das Niederschlags- und Schmelzwasser fliesst grossteils oberflächlich ab) meist flachgründig. An den N-exponierten Schatteneinhängen ist die moosreiche Vegetation für die ausserordentlich mächtigen Rohhumusauflagen verantwort- lich, welche das Aufkommen verschiedener Baumarten stark erschweren. In den rasenbewachsenen Geländerinnen da- gegen fehlt der Humus fast vollständig, weil die Rasenstreu rasch mineralisiert wird. Die Auswaschung dieser Böden ist aber extrem stark, da besonders zur Schneeschmelze viel Wasser und damit Nährstoffe durch den Boden versickern.

An den E-exponierten Sonneneinhängen wird die Streu, be- dingt durch die thermische Begünstigung, verhältnismässig weit abgebaut und zu einem für die Pflanzen günstigen Hu- mus umgewandelt. Die Tiefensickerung und Nährstoffaus- wachsung ist zudem durch die zeitweilige Austrocknung gehemmt, so dass die Böden dieser Standorte zu den besten der hoch gelegenen Auffdrstungsgebiete gehören.