Jahrringe als ökologische Datenträger

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

Februar 1987 Nr. 292

Berichte Rapports Rapporti

Felix Kienast

292

Reports

Jahrringe als ökologische Datenträger

Die Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen hat den Zweck, durch wissenschaftliche Versuche, Untersuchungen und Beobachtungen der schweizerischen Forstwirtschaft in ihrem vollen Umfange eine sichere Grundlage zu verschaffen (Bundesbeschluß betreffend die Gründung der EAFV).

Die Anstalt stellt die Ergebnisse ihrer Arbeiten vorwiegend in der Form von Publikationen zur Verfügung von Praxis und Wissen- schaft. In den MITTEILUf\JGEN erscheinen meist umfangreichere Arbeiten von längerfristigem Interesse. Die BERICHTE enthalten in der Regel kürzere Texte, die sich an einen engeren Leserkreis wenden.

Die Publikationen der EAFV, die den Inhabern schweizeri- scher Forstbeamtungen kostenlos abgegeben werden, sind als Amts- exemplare zu betrachten.

L' 1 nstitu t federa I de recherches forestieres a pou r bu t de fou r- n ir, en procedant

a

a

a

observations, une base solide a l'economie forestiere suisse dans son emsemble (Arrete federal concernant la creation de l'IFRF).

L'lnstitut met les resultats de ses travaux

a

a

Les publications de l'IFRF remises gratuitement aux fonc- tionnaires forestiers doivent etre considerees comme des exemplaires de service.

L'lstituto federale di ricerche forestali ha per scopo di fornire mediante esperimenti, ricerche e osservazioni scientifiche, una base sicura per l'economia forestale in tutta la sua estensione (Decreto federale sull'istituzione dell'IFRF).

L'lstituto mette i risultati delle sue ricerche a disposizione della pratica e della scienza, principalmente sotto forma di pubbli- cazioni. Nelle MEMORIE compaiono per lo piu lavori importanti d'interesse durevole. 1 RAPPORT! contengono di regola testi piu brevi indirizzati ad una cerchia di lettori piu ristretta.

Le pubblicazioni dell'IFRF, rimesse gratuitamente ai funzio- nari dei servizi forestali,sono da considerare quali esemplari d'ufficio.

The purpose of the Swiss Federal Institute of Forestry Re- search is to furnish sound principles for all aspects of forestry in Switzerland, through sdentific research, investigation and observa- tion (Governmental decree on the founding of the SFIFR).

lts findings are, mainly through publishing, made available for application in practice and research. Texts of limited application are generally presented in the "Reports" (Berichte), while those of wider and more lasting interest appear in the "Communications"

(Mitteilungen).

Eidgenössische Anstalt

für das forstliche Versuchswesen CH 8903 Birmensdorf

·1 nstitut federal

de recherches forestieres CH 8903 Birmensdorf lstituto federale di ricerche forestali CH 8903 Birmensdorf Swiss Federal Institute of Forestry Research CH 8903 Birmensdorf

1 1 ¹

Februar1987 Nr.292

Berichte Rapports Rapporti Reports

Oxf.:

561.24: 101: 174.7: (73): (564.3): (494)

Felix Kienast

Herausgeber:

Dr. W. Bosshard t, Direktor

An dieser Publikation haben mitgewirkt:

Otto U. Bräker Hannes F lühler Doris Pichler

wissenschaftliche Beratung

und kritische Durchsicht des Manuskriptes Beratung bei den Vorarbeiten und in Waldschadenfragen

Grafiken

Kurt Rauber Satzherstellung und Gestaltung Ernst Schär Beratung bei der Radiodensitometrie Fritz H. Schwei.ngruber wissenschaftliche Beratung

und kritische Durchsicht des Manuskriptes M irek Sebek Grafiken

Marianne Wino Redaktion

Manuskript eingereicht am 30.6.1986

Zitierung:

Eidg. Anst. forstl. Versuchswes., Ber.

Kommissionsverlag:

F. Flück-Wirth, Internat. Buchhandlung für Botanik und Naturwissenschaften, C H-9053 Teufen

Umschlagbild:

Windfahnenformen an der oberen Waldgrenze in Colorado

(Picea engelmannii Parry). 1450 3.87 A38743

Abstracts

Jahrringe als ökologische Datenträger

In vier klimatisch unterschiedlichen Gebieten wur- den Nadelbäume entlang vertikaler Höhenprofile rad iodensitometrisch untersucht. Die Standorte

1 iegen zwischen der oberen Waldgrenze und tiefen Lagen, zum Teil der ariden Waldgrenze. Herkömm- liche und neu entwickelte Verfahren wurden ange- wendet, um die Beziehungen zwischen dem Jahr- ringwachstum, der Witterung und verschiedenen Standorteinflüssen einzeljahrweise beziehungsweise über längere Zeiträume zu erfassen. Die Arbeit führt damit von der weitverbreiteten Betrachtung mittlerer Wachstumseinflüsse weg. Die praktische Anwendung wird vorgestellt und die Dynamik der sich überlagernden, wachstumssteuernden Faktoren diskutiert.

Les cernes annuels, un indicateur ecologique de donnees

Une etude rad iodensitometrique a ete real isee sur des resineux repartis, le long d'un transect, dans quatre regions cl imatiquement differentes. Ces stations sont situees entre la limite forestiere supe- rieure et les n iveaux inferieurs; elles atteignent meme la I im ite aride des forets. A I 'a ide de me- thodes traditionnelles, ou d'autres nouvellement developpees, une comparaison a ete etablie entre la croissance des cernes, l'evolution du temps et les diverses influences locales. Ces donnees, enregis- trees annuellement, se repetent au cours d'une longue periode. Ce travail s'affranchit de l'optique tres repandue reposant sur les cond itions moyennes de croissance du cerne. L'application pratique y est presentee; il est aussi question de la dynamique des divers facteurs interferant dans la croissance du cerne.

Anelli annuali di accrescimento quale supporto di informazioni ecologiche

In quattro regioni climatiche differenti sono state analizzate delle aghifoglie con metodi radiodensi- tometrici. Le aree di saggio, distribuite lungo pro- fili verticali, si trovano tra il limite superiore della foresta e il piano basale, arrivando in certi casi fino al limite di aridita del bosco. Procedimenti tradi- zionali e nuove metodologie sono state applicate allo scopo di stabilire le relazioni intercorrenti tra accrescimento degli anelli annuali, andamento atmosferico e influssi stazionali diversi, in un'ana- lisi differenziata per singoli anni e per periodi pro- lungati. II lavoro si discosta cos1 dagli abituali me- todi di valutazione dei fattori di influenza della crescita, basati sull'analisi dei soli valori medi cal- colati su lunghi periodi. Vengono presentate delle app I icaz ion i pratiche e viene d iscussa la d i nam ica d i sovrapposiz ione dei d iversi fattori ehe cond i- z ionano la crescita.

Tree-rings as sources of ecological information Th is study involves rad iodensitometric analyses of wood from conifers along ecological gradients in four climatically different regions. The sites are located between the subalpine timberline and low elevations, in some regions the arid treeline. Var- ious dendroecological methods were applied to determine yearly changing and mean relationships between tree-ring growth, cl imatic cond itions, and different site charactertistics. The study is a de- partu re from the usual statistical approaches that measu re on ly the mean relationsh ips for a popu- lation of many years. Practical applications are illustrated and the dynamics of the overlapping en- vironmental influences discussed.

3

Abstracts 3 52 Das Jahrringwachstum in Einzeljahren 24

Verzeichnis der Abbildungen 5 521 Generelle Beschreibung der Haupttypen 24

Verzeichnis der Tabellen 5 522 Beispiele 26

53 Jahrringwachstum und Witterungsverlauf

über mehrere Jahre 28

Einleitung 7 54 Gruppenanalysen 28

55 Kombination der Gruppenanalyse

2 Material 8 mit den „response functions" 30

21 Die Höhenprofile 8

22 Die Untersuchungsräume 9 6 Anwendungen 32

61 Standortempfehlungen für Jahrringnetzwerke 32

3 Methoden 12 62 Waldschadenuntersuchungen 34

31 Rad iodensitometrische Datenerfassung 12 63 Weitere Anwendungsmöglichkeiten 35

32 Statistische Verfahren 12

321 Basis- und Chronologiestatistik 12 7 Zusammenfassung 36

322 ,,Response functions" 13 _Resume:

33 Dendroökologische Diagramme 13 Les cernes annuels, un indicateur ecologique

de donnees 37

4 Basisdaten 14

41 Verwendete Klimameßreihen 14 Riassunto:

42 Jahrringchronologien 14 Anelli annuali di accrescimento quale supporto

421 Synchronisation, Basis- und Ch ronologiestatistik 14 d i informazioni ecologiche 38

422 Optischer Kurvenvergleich 15 _Summary:

Tree-rings as sources of ecological information 39

5 Resultate 20

51 Die mittleren wachstumsbestimmenden Faktoren 20 8 Literatur 40

511 Maximale Dichte 20

512 Jahrringbreite 22

513 Andere Jahrringmeßgrößen 22 _Anhang 41

4

rzeichnis der Abbildungen rzeichnis der bellen

Das Prinzip der Höhenprofile Wichtige Eigenschaften der Probeflächen

und der Standortauswah 1 8 aus dem Walliser Rhonetal, Schweiz 42

2 Höhenschichtenkarten der Untersuchungs- 2 Wichtige Eigenschaften der Probeflächen

1 dUme mit Angaben über die geographische aus dem Jura, Schweiz 43

Lage der Probeflächen 10 3 Wichtige Eigenschaften der Probeflächen

3 Mikrofotografie und zugehöriges Dichtediagramm aus der Front Range, Colorado, USA 44

einer Jahrringabfolge aus Lärchenholz 12 4 Wichtige Eigenschaften der Probeflächen

4 Computerausdruck eines dendro- aus dem Troodosgebirge, Zypern 45

ökologischen Diagramms 13 5 Basis- und Chronologiestatistik der Jahrring-

5 Mittelkurven der maximalen Dichte aller sequenzen aus dem Walliser Rhonetal, Schweiz 46

untersuchten Waldbestände ( 1 ndexeinheiten) 16 6 Basis- und Chronologiestatistik der Jahrring-

6 Mittelkurven der Jahrringbreite aller sequenzen aus dem Jura, Schweiz 48

untersuchten Waldbestände ( Indexeinheiten} 18 7 Basis- und Chronologiestatistik der Jahrring-

7 Schematisch dargestellte „response functions" sequenzen aus der Front Range, Colorado, USA 49

der maximalen Dichte 21 8 Basis- und Chronologiestatistik der Jahrring-

8 Schematisch dargestellte „response functions" sequenzen aus dem Troodosgebirge, Zypern 50

der Jahrringbreite 23

9 Auswirkungen verschiedener Witterungsabläufe auf die maximale Spätholzdichte 25 10 Witterungsverlauf und Jahrringwachstum

über mehrere Jahre (Untersuchungsraum Jura} 27 11 Gruppenanalysen am Beispiel der maximalen

Spätholzdichte (Walliser Rhonetal} 29 12 Kombination der Gruppenanalysen

mit den „response functions" 31 13 Eignung der untersuchten Standorte und aus-

gewählter Jah rringparameter für dendroklima-

tologische Analysen 33

14 Abhängigkeit des Jahrringwachstums von den

Temperaturen beziehungsweise den Niederschlägen 35

5

nleitung

Jahrringe dienen traditionellerweise als Datenträger für klimatologische und archäologische Problem- stellungen. 1 n jüngster Zeit werden sie vermehrt für ökologische, standortkundliche und umweltorien- tierte Fragen herangezogen. Für klimatische Aus- sagen eignen sich hauptsächlich Chronologien aus ökologisch extremen Lagen, wo entweder die Tem- peraturen oder die Niederschläge das kambiale Wachstum begrenzen. Viele Chronologien stammen aber aus Beständen zwischen den erwähnten Ex- tremstandorten. Hier sind die komplexen und oft von Jahr zu Jahr ändernden Beziehungen zwischen der Jahrringbildung, der Witterung und den Stand- ortverhältnissen noch weitgehend unerforscht. Ent- sprechend unsicher können daher klimatische öko- logische und standortkundliche Interpretationen sein.

Um die erwähnten Kenntnislücken zu verklei- nern, wurden die Jahrringe rezenter Nadelhölzer entlang vertikaler Höhenprofile untersucht. Die Standorte liegen zwischen der subalpinen Wald- grenze und tiefen Lagen, zum Teil an der ariden Waldgrenze. Zwei Hauptziele standen im Vorder- grund der Untersuchungen. Erstens sollen an jedem Standort die mittleren sowie die jährlich wechseln- den Beziehungen zwischen den Jahrringmeßgrößen und den wachstumssteuernden Faktoren hergeleitet werden. Man erhofft sich daraus eine verbesserte ökologische und klimatologische Interpretation der Jahrringchronologien und Rückschlüsse auf die Standortansprüche verschiedener Baumarten. Zwei- tens sollen Jahrringmeßgrößen und Standortberei- che angegeben werden, die verläßliche k limatolo- g ische Aussagen erlauben. Die Empfehlungen die- nen der verbesserten Standortauswahl bei Jahrring- netzwerken.

Eine der ersten dendroöko logischen Unter- suchungen stammt von Cieslar (1907). Ausgehend

vom trockenen Sommer 1904, untersuchte er das Dickenwachstum verschiedener Baumarten aus den Österreichischen Alpen. Er schreibt dazu:

„Bei der Sammlung der Daten ging ich sehr einfach vor: ich warb von verschiedenen Holzarten, in trockenen, normalen und feuchten Lagen, in geringeren und bedeutenderen Meereshöhen, in ver- schiedenen Wachstumsgebieten in der Brusthöhe der Baumschäfte Bohrspäne. An diesen maß ich mit der 23mal vergrößernden Zeiß'schen Stativlupe die Breite der Jahrringe aus der Periode 1902 bis 1905, beziehungsweise 1906, und schloß aus diesen nur primitiv gewonnenen Zahlen auf den Zuwachs- gang. Ich bin mir des elementaren Wesens des For- schungsweges wohl bewußt, doch halte ich ihn für die gesteckten Ziele als hinreichend" (Cieslar, 1907, S. 289).

Die von diesem Autor beschriebenen Ansätze wurden in neuerer Zeit von verschiedenen For- schern wieder aufgegriffen (Jazewitsch, 1961; Mül- ler-Stall, 1951). Sie blieben aber innerhalb der Jahr- ringanalyse eher am Rande des Interessenbereichs.

Die Idee, das Jahrringwachstum entlang ökologi- scher Gradienten zu untersuchen, wurde von Fritts et al. (1965) publiziert. LaMarche (1974a, b) und Norton (1983) griffen den Forschungsansatz eben- falls auf. Fast allen erwähnten Arbeiten ist gemein- sam, daß sie sich intensiv mit den mittleren Bezie- hungen zwischen dem Jahrringwachstum und der Witterung auseinandersetzen. Ereignisse in Einzel- jahren wurden kaum beachtet. Neuere Untersu- chungen zeigen jedoch klar, daß mittlere Beziehun- gen nur einen kleinen Teil der ökologischen Ein- flüsse wiedergeben, denen ein Baum während seines Wachstums ausgesetzt ist ( Kienast, 1985; Lingg, 1986).

7

21 Die Höhenprofile

Die Auswahl der Probeflächen erfolgte in allen Untersuchungsräumen nach dem gleichen Prinzip (Abbildung 1). Danach wurden in verschiedenen Höhenstufen zwischen der oberen Waldgrenze und tiefen Lagen Nadelbäume angebohrt (12 Bäume mit je zwei Bohrkernen auf einer pflanzensoziologisch homogenen Fläche). In jeder Höhenlage hatten die Standortbedingungen möglichst stark zu variieren und in der Regel von sehr trocken bis feucht zu reichen. Pf lanzensoz io logische, pedologische und topographische Felderhebungen ermög I ichten die

Anordnung der Probeflächen obere Waldgrenze

trocken mittel feucht

Abbildung 1

D

C

B

A

standortkund liehe Klassifikation. Die Standorte wurden in schematische Diagramme eingetragen, die zur späteren Datenauswertung häufig gebraucht werden. Jedes Feld steht stellvertretend für einen untersuchten Probestandort. Die Lage der Felder ergibt sich aus den Standorteigenschaften und der Höhenlage der entsprechenden Bestände. Die bei- den Standorte A1 und D (Abbildung 1) haben die ökologisch unterschiedlichsten Eigenschaften. Sie werden deshalb mit dem Begriff„ Extremstandort"

bezeichnet.

Schematisches Diagramm

-

.

C1 C2

B1 B2

A1 A2

trocken mittel

D

C3

B3

A3

feucht

Höhen- lage

hoch

tief

8 Das Prinzip der Höhenprofile und der Standortauswahl. Standorteigenschaften bezüglich der jeweiligen Höhenlage.

22 Die Untersuchungsräume

Abbildung 2 gibt einen Überblick über die Lage der vier Untersuchungsräume beziehungsweise der 32 untersuchten Standorte und deren Standort- eigenschaften. Zu jedem Untersuchungsraum ist das zugehörige schematische Diagramm dargestellt, das die Standorteigenschaften der Bestände zusam- menfassend wiedergibt. Die Ta bei len 1 bis 4 im An- hang geben genauere Auskunft über die untersuch- ten Standorte. Die klimatischen Verhältnisse der vier Regionen lassen sich folgendermaßen charak- terisieren:

Walliser Rhonetal, Schweiz

Das inneralpine Längstal weist in Tieflagen ein kon- tinental geprägtes, steppenhaftes Klima auf (Bur- nand, 1976). 1 n höheren Lagen herrscht ein ty- pisches Hochgebirgsklima vor.

Jura, Schweiz

Der Jura, ein generell von Südwest nach Nordost streichendes Mittelgebirge, hat ein feuchttemperier- tes, gemäßigtes Klima (Gutersohn, 1958; Heyer,

1977). Die Niederschlagsmengen sind weit höher als im Wallis. Relative Trockengebiete liegen im Windschatten der Gebirgsketten.

Front Range, Colorado, USA

Das Klima ist in den Tieflagen semiarid und konti- nental geprägt und wird dem kalten Steppenklima zugeordnet ( Heyer, 1977). Mit zunehmender Hö- henlage stellt man eine markante Zunahme der Nie- derschlagsmengen fest (Barry, 1973). Ein typisches

Klimaelement ist der 11Chinook'; eine mehr oder weniger äquivalente Erscheinung zum Alpenföhn, der vor allem in subalpinen Lagen zu typischen Baumformen führen kann (Komarkova, 1976; Cook und Topil, 1952).

Troodosgebirge, Zypern

Die im östlichen Mittelmeer gelegene Insel hat ein mediterranes Klima mit einer deutlich ariden Pe- riode in den Spätfrühjahrs- und Frühsommermona- ten (Takahashi und Arakawa, 1981). Die aride Pe- riode wird mit zunehmender Höhenlage verkürzt, macht aber im Mittel auch auf 1900 m ü. M. noch rund drei Monate aus (McGinnigle, 1971, 1972).

9

Walliser Rhonetal, Schweiz

Charrat /

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Höhen lage

hoch

tief TOR

1540 A DAI 1240 A ABP¹ EP² A

PAV 1900 E BIS CTB 1570 1520

E E

CREU PRE 1200 1220

E E

CR BO 890 880

E A

trocken mittel feucht Standorteigenschaften bezüglich der jeweiligen Höhenlage

Chronologie•

Höhe ü.M.

(Meter) Baumart

Abbildung 2

1 Höhenlage: 840 m

2 Höhenlage: 880 m

Baumarten:

A Pinus sylvestris L.

B Pinus brutia Ten.

C Pinus nigra ssp.

pallasiana ( Lamb.) Holmb.

D Pinus ponderosa Dougl.

Jura, Schweiz

Höhen- lage

hoch

tief BALT 1220 A JOLT 660 A

1 - - - 1 5km

CHAS 1500 E BALF 1180 E BERF 620

1

trocken feucht

E Picea abies _H Pseudotsuga ( L.) Karst. menziesii F Picea pungens (Mirb.) Franco

Engelm. 1 Abiesa/ba Mill.

G Picea engelmannii K Cedrus brevifolia

Parry Henry

Höhenschichtenkarten der Untersuchungsräume mit Angaben über die geographische Lage der Probeflächen. Die Standorte wurden auf Grund ihrer ökologischen Eigenschaften in schematische Diagramme eingetragen. Jedes Feld enthält die Bezeich- 10 nung der Standortchronologie und die wichtigsten Angaben über den betreffenden Bestand.

Front Range, Colorado, USA

NIWO ARAP

3400 3320

G G

ELDO NEDE

2650 2500

D F

WHEE BOUL

1950 1900

D H

Troodosgebirge, Zypern

TROT TROF

1820 1900

C C

PLAT PLAN

1620 1600

B CEDN³ C CEDH⁴

-

1280 1200

K K

STAT

800

B

YAMT YAMS

500 500

B B

3 Höhenlage: 1370 m

4 Höhenlage: 1370 m

11

12 3

31 Radiodensitometrische Datenerfassung

Sämtliche Jahrringchronologien wurden mit Hilfe rad iodensitometrischer Methoden erste! lt. Letztere stützen sich auf Verfahren, die an der Eidgenössi- schen Anstalt für das forstliche Versuchswesen ( EAFV) routinemäßige Anwendung finden. Aus- führliche Beschreibungen der Methoden geben Lenz et al. (1976) und Schweingruber (1983). Die Pro- benentnahme erfolgte mit Hilfe eines Zuwachs- bohrers. Nach der Extraktion von Harzen und In- haltsstoffen wurde aus jedem Bohrkern ein 1,25 mm mächtiger Holzspan herausgesägt, geröntgt und densitometrisch analysiert. Das Verfahren I iefert für jeden Bohrkern ein kontinuierliches Holzdichte- profil, wie es in Abbildung 3 dargestellt ist. Aus der Dichtekurve wurden pro Jahrring fünf Parameter

Dichte (g/cm³)

1,0

0,8

0,6 6 0,4

1 maximale Spätholzdichte 2 minimale Frühholzdichte 3 Frühholzbreite

4 Spätholzbreite 5 Jahrringbreite

(nach Schweingruber et al., 1979)

Abbildung 3

6 Schwellenwert zwischen Frühholzbreite und Spätholzbreite (je nach Baumart gutachtlich festgelegt)

Mikrofotografie und zugehöriges Dichtediagramm einer Jahrringabfolge aus Lärchenholz (Larix decidua Mill.).

digital erfaßt. Anschließend erfolgte die Datenkon- trolle und die Herstellung der Einzelkurven, die nachher auf dem Leuchtpult synchronisiert wur- den. Die weitere Datenverarbeitung erfolgte auf einer CDC-Großcomputeranlage.

32 Statistische Verfahren

321 Basis- und Chronologiestatistik

Sollen Jahrringsequenzen dendroklimatologische oder dendroöko logische Interpretationen ermög I i- chen, müssen sie mit verschiedenen statistischen Verfahren bearbeitet werden. Eine detai 11 ierte Be- schreibung gängiger Methoden gibt Schweingruber (1983). Folgende Berechnungen wurden an sämt- lichen Chronologien routinemäßig durchgeführt:

Standardisierung, 1 ndexierung

Durch die Indexierung befreit man die Jahrring- chronologien vom unerwünschten, endogen beding- ten Alterstrend, der bewirkt, daß die Wachstums- leistung eines Baumes nach einer anfänglichen Ju- gendphase mit zunehmendem Alter absinkt (Brä- ker, 1981 ).

Berechnung des arithmetischen Mittels und der Standardabweichung (Streuung) (Sachs, 1978).

Berechnung der Sensitivität

Die Sensitivität ist ein Änderungsmaß für eine Chronologie. Sie gibt an, wie groß die Veränderun- gen zwischen je zwei sich folgenden Werten einer Zeitreihe sind. Kurven mit durchschnittlich großen Sensitivitätswerten werden als „sensitiv" (unruhig), Kurven mit kleinen Sensitivitätswerten als „com- placent" (ausgeglichen) bezeichnet. Die Sensitivität kann an einem ökologisch einheitlichen Standort ein Maß für die Änderungen der jährlichen Umwelt- einflüsse sein.

Berechnung der Gleichläufigkeit

Die Gleichläufigkeit ist ein Ähnlichkeitsmaß zwi- schen zwei Zeitreihen. Beurteilt wird dabei, ob die

1 nterval le zwischen zwei Werten steigende oder fal-

!ende Tendenz aufweisen. Die in beiden Jahrring- sequenzen übereinstimmenden Tendenzen gleich datierter Intervalle werden in Prozent aller gemein- samen Intervalle ausgedrückt. Sie geben an, wie ähn I ich die wachstu msbeei nf lussenden Faktoren beider Chronologien sind.

Berechnung des lntervalltrends

Der lntervalltrend wird für mindestens zwei Zeit- reihen berechnet. Er drückt aus, wie viele der gleich datierten Intervalle übereinstimmende Tendenz ha- ben. Die Werte werden jahrweise berechnet. Hohe oder tiefe Werte für den lntervalltrend zeigen, daß ein ::;ehr prägender Umwelteinfluß vorliegt, der praktisch sämtliche Bäume des Standortes beein- flußt. Es sind die sogenannten Weiserjahre.

Korrelationsanalysen, Filter- und G lättungs- verfahren

Diese Methoden werden zum Beispiel in Fritts (1976) und Schweingruber (1983) ausführ! ich be- schrieben.

322 „Response functions//

In der vorliegenden Arbeit wurde die multivariate statistische Methode der ,,response functions" ver- wendet (Fritts et al., 1971; Fritts, 1976).

Mit dem Verfahren wird versucht, die Ein- flüsse der Witterung auf das Jahrringwachstum zu erfassen. Zu diesem Zweck wird die Zeitreihe der Witterungsparameter statistisch mit derjenigen der Jahrringmeßgrößen verglichen. Vor der schrittwei- sen, multiplen, linearen Regression erfolgt eine Hauptkomponentenanalyse. 1 n die Regressions- analyse gehen nicht mehr die ursprünglichen, un- abhängigen Variablen ein, sondern deren Eigen- vektoren.

Statistische und biologische Aussagen der ,,response functions" sind zum Teil umstritten.

Trotzdem ist es heute die am weitesten verbreitete, mu ltivariate statistische Methode in der Jahrring- forschung.

33

Für die einzeljahrweise Analyse des Jahrringwachs- tums wurde eine grafische Darstellungsmethode entwickelt. Sie stützt sich auf die schematischen Diagramme, die bereits in der Abbildung 2 verwen- det wurden. Zu diesem Zweck werden die indexier- ten Werte der Chronologien Jahr für Jahr den ent-

Höhen-1

lage 1 Walliser Rhonetal Jahr 1949

+---+

T '-'1·J~'t1th,1,J,1Wt<,W;11>Jnw~-,;Wrn1 I

hoch

tief

I v'li1w~H~Vh1¹,1.1w,•,;~Jr/V'Jy.:WwW I [l\'.Wl'il'IV1W\'IV/I/WIJW1il'fr1WVl''JI [ 1/\v1·1,v1,•1r1wv,Wv1Wl'/WWWv1i•I l

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11, 19 Jn • • • • • •TC • * • • • •I

!---··---

trocken mittel feucht

Standorteigenschaften bezüglich der jeweiligen Höhenlage

Maximale Spätholzdichte ( 1 ndexeinheiten)

~-9,0 r• •· •1 0,0 bis 4,4

T******l

I l -4,5 bis -8,9 r •- * * -* 1 4,5 bis 8,9

I 1****11:•l

l• l T ,·1Wr1Wt,r,1

r l -0,1 bis -4,4 ^I ,JW~1v_•,,'t l >9,0

l • i l tJW,d¹!11Vvl

Abbildung 4

Computerausdruck eines dendroökologischen Diagramms.

Jedes Feld steht stellvertretend für eine Standortchronolo- gie und enthält den Wert des darzustellenden Jahrring- parameters in einem bestimmten Jahr. Dunkle Felder kenn- zeichnen hohe Werte, helle Felder tiefe Werte des entspre- chenden Jahrringparameters.

sprechenden Standortfeldern zugeordnet. Um die optische Ansprache der Daten zu verbessern, wird jedes Feld mit einer bestimmten Graustufe ver- sehen, die proportional zum darzustellenden Wert ist. Der Darstellungsprozeß wurde mit Hilfe eines Computerprogramms automatisiert.

Das Jahr 1949 (Abbildung 4) zeigt deutlich, daß das Zellwandwachstum an den subalpinen Standorten des Walliser Rhonetales optimal war, während Tieflagen ungünstige Bedingungen hatten.

Der Grund lag in der warm-trockenen Witterung

(siehe auch Kapitel 52). 13

14

4

Basisdaten

41 Verwendete Klimameßreihen

1 n der vorliegenden Arbeit wurden die Klimadaten der untenstehenden Meßstationen verwendet.

Schweiz

Sitten (187 4-1977) ¹¹²;

Sitten Flugplatz (1978-1982)¹;

Bern (1901-1982) ¹.

Östliches M ittermeer

Nicosia, Zypern (1900-1974)³¹⁴;

Mt. Olympus, Zypern (1961-1971)⁵.

Colorado, USA

Denver (1873-1982)⁴¹⁶¹⁷;

Corno (1952-1982)^8; N iwot R idge (1952-1982)⁸.

Die Homogenität der Niederschlagsdaten wurde mit Hilfe der Doppelsummenanalyse geprüft ( Kah- ler, 1949; Chang und Lee, 1974). Bei den Tempera- turmeßreihen fand die Methode der kumulativen Temperaturdifferenzen zweier Stationen Verwen- dung (Fritts, 1976). Beide Klimaparameter wurden auf Grund der Jahressummen und -mittel sowie der Quartalssummen und -mittel getestet. Die Meß- reihe von Sitten zeigt nach 1977 eine markante In- homogenität, die auf einen Standortwechsel zu- rückzuführen ist. Die Daten wurden nach 1977 nicht mehr für mu lt ivariate Analysen verwendet.

Alle anderen Stationen können innerhalb ihrer Re- gion als homogen angesprochen werden.

1 Datenbank der Schweizerischen Meteorologischen Anstalt, Zürich.

2 Schweizerische Meteorologische Zentralanstalt, Zürich: Annalen 1874-1900.

3 Cyprus Meteorological Office, N icosia: Meteorological Observa- tions.

4 US Department of Commerce, Washington: World Weather Re- cords.

5 McGinnigle (1971, 1972).

6 US Department of Agriculture: Summary of the climatological data for the US by sections.

7 National Oceanic and Atmospheric Administration, Asheville:

Monthly climatic data for the world.

8 Datenbank des Institute of Arctic and Alpine Research, U niversity of Colorado, Boulder.

42 Jahrringchronologien

421 Synchronisation, Basis- und Chronologie- statistik

Nach der densitometrischen Aufnahme wurden die Einzelkurven synchronisiert. Es zeigte sich, daß die Synchronisation im Übergangsbereich zwischen den beiden Extremstandorten (feuchter, oberer Waldgrenzstandort und trockene Tieflage) stark vereinfacht wird, wenn mehrere Jahrringparameter zur Verfügung stehen. Mehrheitlich niederschlags- sensitive Standortchronologien konnten eher mit den Breitenparametern, mehrheitlich temperatur- sensitive Standortchronologien eher mit der maxi- malen Dichte synchronisiert werden. Auskeilende oder fehlende Jahrringe traten hauptsächlich in Tieflagen auf. Sie waren beim vorliegenden Daten- material eher selten und konnten dank der hohen Standortdichte in den Höhenprofilen erkannt werden.

Nach der Synchronisation erfolgte die Berech- nung der Basis- und der Chronologiestatistik sowie die Qualitätsansprache der Chronologien. Im An- hang (Tabellen 5 bis 8) sind die wichtigsten statisti- schen Kenngrößen wiedergegeben.

422 Optischer Kurvenvergleich

Die Jahrringsequenzen wurden grafisch dargestellt und der Kurvenverlauf optisch verglichen. In der Abbildung 5 sind die Kurven der maximalen Dichte dargestellt. Es fällt auf, daß die Sensitivität der Meßreihen von Untersuchungsraum zu Untersu- chungsraum stark schwankt. Den generell sensitiv- sten Verlauf weisen die Kurven aus dem Walliser Rhontal und dem Jura auf. Weniger sensitiv sind die Chronologien aus dem Untersuchungsraum der Front Range. Vor al lern die Picea engelmannii-Be- stände an der oberen Waldgrenze sind relativ aus- geglichen. Die Chronologien vermögen aber quali- tativ zu genügen, was sich mit den Erkenntnissen von Parker und Henoch (1971) deckt. Eine weitere deutliche Abnahme der Sensitivität ist bei den Kur- ven mittlerer Höhenlage aus dem Troodosgebirge zu verzeichnen, während sich die zypriotischen Chronologien über 1600 m ü.M. und die trockene Tieflage wieder sensitiver verhalten. Aus den mitt-

leren Höhenlagen ist einzig der trockene Zedern- standort Cedar Valley (CEDT) qualitativ zufrie- denstellend. Bei der Jahrringbreite (Abbildung 6) sind die Sensit ivitätsu ntersch iede zwischen den verschiedenen Untersuchungsräumen geringer. Vor allem die zypriotischen Standorte mittlerer Höhen- lage zeigen eine größere Sensitivität als bei der ma- ximalen Dichte. übereinstimmend mit Tamari (1976) weist die Jahrringbreite bei der Zeder relativ gute dendroklimatologische Eigenschaften auf.

Sowohl bei der maximalen Dichte als auch bei der Jahrringbreite weisen mittlere Höhenlagen ge- nerel I geringere Sensitivitäten auf als Hoch- bez ie- hu ngswe ise Tieflagen. Die jährliche Schwankung nimmt mit zunehmend einseitiger Beeinflussung der Bäume durch die Temperaturen oder die Nie- derschläge zu. Fritts et al. (1965) und LaMarche

(1974b) gelangten für die Jahrringbreite zu ähnli- chen Resultaten, ohne jedoch der standörtlichen Variabilität innerhalb der gleichen Höhenstufe Be- deutung zuzumessen. Wie stark aber die Sensitivi- tät der Chronologien von den standörtlichen Ver- hältnissen abhängig ist, zeigen zum Beispiel die bei- den Chronologien der maximalen Spätholzdichte aus den Tieflagen der Rocky Mountains (WHEE, BOUL). Obwohl beide Standortpaare auf gleicher Höhe über Meer I iegen, ist die Sensitivität sehr unterschied lieh.

15

Walliser Rhonetal, Schweiz

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_,: 101

_,: 101

Pierre Avoi PAV feucht 1900 m ü.M.

PCAB

Chable d.

trois besses CTB feucht 1520 m ü.M.

PCAB

Bisse de Saxon BIS mittel 1570 m ü.M.

PCAB

Torrent des Croix TOR trocken 1540 m ü.M.

PISY Pres des Champs PRE

feucht 1220 m ü.M.

PCAB

Creux du Dailley mittel CREU

mittel 1200 m ü.M.

PCAB

Creux du Dailley trocken DAI trocken 1240 m ü.M.

PISY Boutieu BO.

feucht 880 m ü.M.

PISY Crete CR

mittel 890 m ü.M.

PCAB

Eponde EP

trocken 880 m ü.M.

PISY

Les Arbepins ABP trocken 840 m ü.M.

PISY

1900 1920 1940 1960 1980

Abbildung 5

Jura, Schweiz

10 l

_,:

_,: 101

1900 1920 1940

Pinus sylvestris L.

Pinus brutia Ten.

1960 1980

Chasseral CHAS feucht 1500 m ü.M.

PCAB

Balmberg feucht BALF feucht 1180 m ü.M.

PCAB

Balmberg trocken BALT trocken 1220 m ü.M.

PISY

Berlincourt BERF feucht 620 m ü.M.

ABAL

Jolimont JOLT trocken 660 m ü.M.

PISY

PISY PIBR PINI PIPO

Pinus nigra ssp. pallasiana ( Lamb.) Holmb.

Pinus ponderosa Dougl.

PCAB PCPU PCEN

Picea abies ( L.) Karst.

Picea pungens Engelm.

Picea engelmannii Parry

PSME Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco ABAL Abiesalba Mill.

CEBR Cedrus brevifolia Henry

Mittelkurven der maximalen Dichte aller untersuchten Waldbestände (Indexeinheiten). Jede Standortchronologie wird mit der Probebezeichnung, der Höhenlage und der Baumart charakterisiert. Die meisten Chronologien wurden zwischen 1901 und 16 dem letzten erfaßten Jahr dargestellt. Einzelne Kurven sind kürzer.

Front Range, Colorado, USA 10

-10

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Arapahoe ARAP feucht 3320 m ü.M.

PCEN

Niwot Ridge NIWO trocken 3400 m ü.M.

PCEN

1: l

-10

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-10

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-10

1900 1920 1940

PISY Pinus sylvestris L.

PI BR Pinus brutia Ten.

1960 1980

2500 m ü.M.

PCPU

Eldora ELDO trocken 2650 m ü.M.

PIPO

Boulder Creek BOUL feucht 1900 m ü.M.

PSME

Wheelman WHEE trocken 1950 m ü.M.

PIPO

PINI Pinusnigra ssp.pallasiana (Lamb.) Holmb.

PIPO Pinusponderosa Dougl.

PCAB Picea abies ( L.) Karst.

PCPU Picea pungens Engelm.

PCEN Picea engelmannii Parry

PSME Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco ABAL Abies alba Mill.

CEBR Cedrus brevifo/ia Henry

10

-10 10

-10

Troodosgebirge, Zypern

10 ⁰

l

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-10

10

l

-1~

Troodos feucht TROF feucht 1900 m ü.M.

PINI

Troodos mittel TROT mittel 1820 m ü.M.

PINI

Pano Platres feucht PLAN feucht 1600 m ü.M.

PINI

Pano Platres trocken PLAT trocken 1620 m ü.M.

PIBR

CedarValley Schlucht CEDS feucht 1200 m .ü.M.

CEBR

CedarValley Nord CEDN mittel 1370 m ü.M.

CEBR

CedarValley hoch CEDH mittel 1380 m ü.M.

CEBR

CedarValley trocken CEDT trocken 1280 m ü.M.

CEBR

Stavros STAT mittel 800 m ü.M.

PIBR Yialia feucht

10

l

_,:

1900 1920 1940 1960 1980

500 m ü.M.

PIBR

Yialia trocken YAMT trocken 500 m ü.M.

PIBR

17

1 ,4 ] 1,0]

0,6

Walliser Rhonetal, Schweiz

Pierre Avoi

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PCAB

1,4 l

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Ch,füle d.

trois besses CTB feucht 1520 m ü.M.

PCAB Bisse

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de Saxon BIS mittel 1570 m ü.M.

PCAB

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0,6

1900 1920

Abbildung 6

1940 1960

Torrent des Croix TOR trocken 1540 m ü.M.

PISY

Pres des Champs PRE feucht 1220 m ü.M.

PCAB

Creux du Dailley mittel CREU mittel 1200 m ü.M.

PCAB

Creux du Dailley trocken DAI trocken 1240 m ü.M.

PISY

Boutieu BO feucht 880 m ü.M.

PISY

Crete CR mittel 890 m ü.M.

PCAB

Eponde EP trocken 880 m ü.M.

PISY

Les Arbepins ABP trocken 840 m ü.M.

PISY

1980

Jura, Schweiz

1

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1,4 ~

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Chasseral CHAS feucht 1500 m ü.M.

PCAB

Balmberg feucht BALF feucht 1180 m ü.M.

PCAB

Balmberg trocken BALT trocken 1220 m ü.M.

PISY

Berlincourt BERF feucht 620 m ü.M.

ABAL

Jolimont JOLT trocken 660 m ü.M.

PISY

1900 1920 1940 1960 1980

PISY PIBR PINI PIPO PCAB PCPU PCEN

Pinus sylvestris L.

Pinus brutia Ten.

Pinus nigra ssp. pallasiana ( Lamb.) Holmb.

Pinus ponderosa Dougl.

Picea abies ( L.) Karst.

Picea pungens Engelm.

Picea engelmannii Parry

PSME Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco ABAL Abiesalba Mill.

CEBR Cedrus brevifolia Henry

Mittelkurven der Jahrringbreite aller untersuchten Waldbestände (Indexeinheiten). Für weitere Erklärungen siehe Abbil-

18 dung 5.

Front Range, Colorado, USA

1,41

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1900 1920 1940

PISY Pinus sylvestris L.

PI BR Pinus brutia Ten.

1960 1980

Arapahoe ARAP feucht 3320 m ü.M.

PCEN Niwot Ridge NIWO trocken 3400 m ü.M.

PCEN Nederland NEDE feucht 2500 m ü.M.

PCPU

Eldora ELDO trocken 2650 m ü.M.

PIPO

Boulder Creek BOUL feucht 1900 m ü.M.

PSME

Wheelman WHEE trocken 1950 m ü.M.

PIPO

PINI Pinusnigra ssp.pallasiana (Lamb.) Holmb.

PIPO Pinus ponderosa Dougl.

PCAB Picea abies ( L.) Karst.

PCPU Picea pungens Engelm.

PCE N Picea engelmannii Parry

PSME Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco ABAL Abies a/ba Mill.

CE BR Cedrus brevifolia Henry

Troodosgebirge, Zypern

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Troodos feucht TROF feucht 1900 m ü.M.

PINI

Troodos mittel TROT mittel 1820 m ü.M.

PINI

Pano Platres feucht PLAN feucht 1600 m ü.M.

PINI Pano Platres trocken PLAT trocken 1620 m ü.M.

PIBR

CedarValley Schlucht CEDS feucht 1200 m .ü.M.

CEBR

CedarValley Nord CEDN mittel 1370 m ü.M.

CEBR CedarValley hoch CEDH mittel 1380 m ü.M.

CEBR CedarValley trocken CEDT trocken 1280 m ü.M.

CEBR

Stavros STAT mittel 800 m ü.M.

PIBR Yialia feucht YAMS feucht 500 m ü.M.

PIBR Yialia trocken YAMT trocken 500 m ü.M.

PIBR

1900 1920 1940 1960 1980

19