Forstw. Cbl. 107 (1988), 145-151 '~ 1988 Verlag Parey, Hamburg und Berlin ISSN 8015-8003

Untersuchungen fiber den Zusammenhang zwischen Sch~idigungsgrad und Meeresh6he im Rahmen

des Schwerpunktprogramms zur Erforschung der Wechselwirkungen von Klima und Waldsch~iden

Von U. AxIxlER, M. B1;e.(.is, B. Koch und K. Ma~.llx

I Einleitung und Problemstellung lm Zusammenhang mit dem Waldsterben wurde in der Vergangenheit immer wleder auf einen m6glichen Einflul~, des Ozons hingewiesen (z. B. REHrUI-.SS u. ZIF.C.';Lt-R 1986; P~,INZ et al. 1982). Zuletzt wurde beim Waldschadensstatusseminar an der Deutschen Forschungs- und Versuchs- anstalt ffir Luft- und Raumfahrt yon P.a~:vR.\rH (1987) aut einen solchen Zusammenhang auf- merksam gemacht. Nachdem M(SSSMER (1986) im Rahmen einer Stichprobenuntersuchung des gesamten Alpenraurnes anhand yon Farbinfrarotluftbildern bereits 1983 auf eine, wenn auch schwache und statistlsch nicht absicherbare Beziehung zwischen Meeresh6he und Schadinten- sit.it hingewiesen und diese mit Inversionslagen in Verbindung gebracht hatte, lag es nahe, an dem dafiir geeigneten Standort Wank bei Garmisch-Partenkirchen eine differenzierte h6hen- abhiingige Untersuchung der Sch5digungsintensitiit an der Leitbaumart Fichte vorzunehmen.

Diese Untersuchung dient gleichzeltig als Basis fiir das yon der Gesellschaft ftir Strahlen- und Umweltforschung initiierte und vom Ministerium fiir I..andesentwieklung und Umwelt bzw. dem Kuratorium der Bayerischen Versuchs- und Forschungsanstalt unterstiitzte Schwer- punktprograrnm ,,Erforschung der \Vechselwlrkungen yon Klima und Wa]dsch~iden am Stand- ort Kalkatpen".

2 Mater ia l und M e t h o d e n

2.1 Material

Grundlagen der Auswertung waren CIR-Luftbilder im blatgstab 1:3000. Die Luftbilder sind hinsichtlich l::arbe und Schiirfe einwandfrei. Zus~.tzlich standen Forsteinrichtungskarten im Magstab 1:10 000 und die entsprechenden Bestandsbeschreibungen zur Verfiigung. Die Luft- bildauswertung wurde an einem Stereoskop ,~;ild Aviopret APT 1" durchgefiihrt.

2.2 Stichprobennetz und Gr6Be der Stichproben

Um fl~ichige und gleichzeitig gesicherte Aussagen zu erhalten, wurde ein enges, quadratisches Rasternetz mit einer Seitenl~inge yon 200 Metern tiber das gesamte Untersuchungsgebiet gelegt. Daraus ergeben sich 287 Stichprobenpunkte. Im Anhalt an vergleichbare Untersuchungen (z. B. ,'v1Ossxlt-~t 1986) wurde ftir den Bildmaflstab 1:3000 der Radius der StichprobenflSchen auf 20 Meter festgelegt; dies entspricht einer Fl~iche yon ca. 033 ha. Den Unterschieden im Mafistab zwischen Gipfel und "Ihl wurde dutch eine entsprechende Anpassung der Stichprobenfl~ichen Rechnung getragen. Sofern die Anzahl von 20 B~iumen je Stichprobe nicht erreicht und damit eine gesicherte Aussage probtematisch wurde, ist die betreffende StichprobenflF, che verdoppelt worden.

U.S. ('.,~pyright Clearance Center ('ode Statement: 0015-8003/88/10703-C00145 $ 0.2.50/0

146 U. Arnmer, M. Btcrgis, B. Koch und K. Martin

2.3 Luftbildinterpretation

Die Luftbildauswertung erfolgte anhand elnes speziell fiir das UntersuchungsgebJet erstellten Interpretationsschliissels. Um subjektive Einfliisse bei der Schadansprache m6glichst gering zu halten, wurden die Stichproben systematisch auf zwei Auswerter aufgeteilt. In Ab~inderung der herk6mmlichen Schadstufeneinteilung (0, 1, 2, 3, 4) wurde zus~itzlich die Schadstufe 2 mit ihrer grogen Spanne yon 26-60 % Enmaddung welter differenziert und in die Stufen 2-- (bis ca. 35 % Entnadelung), 2 (bis ca. 50 % Enmadelung) und 2- (bls 60 % Enmadelung) unterteilt.

FOr die Datenaufnahme wurden for jeden Stichprobenpunkt Kronenkarten angefertigt, die jeweiligen Schadstufen einzelbaumweise eingetragen und die Ergebnisse je Stichprobenpunkt in Formbliittern zusammengefaflt.

2.4 Statistische ~berpriifung

Die {)'berpr0fung der gefundenen Unterschiede wurde nach dem yon HOL.Xt (1979) vorgeschla- genen Verfahren unter Verwendung yon Kontingenztafe]n vorgenommen.

3 Ergebnisse

3.1 Baumarten

Insgesamt wurden 6824 B~iume angesprochen. Davon entfielen, wie Abbildung 1 zeigt, rund drei Viertel auf die Baumart Fichte. FOr die weitere Betrachtung wurde deshalb die Fichte als

Abb. I. Anteile der Baumarten �9 in Prozent (Zahl der angespro-

chenen B~iume) Fig. l. Tree species distribution in percent (number of examined trees)

Untersuchungen ~iber den Zusammenh,lng z~.'ischen Scha'digmlg;grad und Meeresk,~be 147

Referenzbaum gew~ihlt. Die stichprobenwelse Darstellung der Baumartenverh2iltnisse erlaubt, ftir Sonderuntersuchungen die Mischbaumarten Tanne, Kiefer und Laubholz zu lokalisieren.

3.2 Ausma~ der Schiiden

Das Ausmai~ der Waldsch/iden im Untersuchungsgebiet ,,am Wank" ist fi~r die einzetnen Schadstufen in Tabelle 1 ftir die Fichte dargestellt. Zum ~v~rgleich sind dort auch die Ergebnisse der terrestrischen Waldschadensaufnahme yon 1986 ftir den gesamten Bayerischen Alpenraum bzw. fiir den Bezirk des Forstamtes Garmisch-Partenkirchen wiedergegeben.

Tabelle I. Baumart Fichte, Anteile der Schadstufen in Prozent (auf der Grundlagc yon CIR-Luftbildinterpretation)

"Fable I. Tree species Norway spruce; damage class distribution in percent (on the basis of the CIR-aerial photograph interpretation)

Schadstufen

0 1 2 3 4 \Vank 6 24 55 14 1 Garm~scb-Partenkirchen O 5 68 25 2 Bayerische AIpen 18 31 46 5 0

2+3 69 93 51

Der Vergleich zeigt, daf~ die Schadsituation am Wank etwas fiber den durchschnittlichen Verh~lmissen des Alpenraumes liegt. Beriicksichtigt man, dai~ die Schadenseinschiitzung tiber das Farbinfrarot-Luftbild in der Regei zu etwas h6heren Sch~idigungsgraden ftihrt als die ter- restrische Ansprache (vgl. As~xtsR et al. 1983), dann repr~isentiert das Untersuchungsgebiet Wank die generelle Situation in den Alpen recht gut.

In Abbildung 2 sind die Sch/iden welter differenziert und fi/lr die in ihrer Abgrenzung recht weitgefaigte Schadstufe 2 weiter aufgetrennt.

Abb. 2. Vertei!ung der Sch/iden nach Baumar~er, und Schads~ufer, Fig. 2. Distribution of damage by tree species and damage classes

148 U. Ammer, M. Burgis, B. Koch und K. Martin

3.3 Sch~idigungsgrad und Exposition

Beziiglich der Exposition ergibt sich ein relativ geringfiigig (5 %) h~Sherer Sch~idigungsgrad auf den westexponierten H;ingen. Dieser Befund entspricht genau den von MOSSMER (1986) fiir den gesamten Alpenraum wie auch fCir den Schwerpunkt Garmisch-Partenkirchen gefundenen Ver- Mltnissen. Abbildung 3 zeigt dieses Ergebnis, macht dariiber hinaus (ablesbar am Radius der Kreise) aber deutlich, dal~ der VitalMtsverlust von 1983 bis 1986 erheblich fortgeschritten ist.

Abb. 3. Verteilung der deutlichen Sch;iden (Schadstufen 2 + 3) nach Hangexpositionen (Nord-, West- und Siidh:~nge) ftir das Untersuchungsgebiet Wank im Vergleich zu den Ergebnissen yon ,.'vlo~sxl~R (1986) (Beflie- gungszeitpunkt 1983) Fig. 3. Distribution of distinct damages (damage classes 2 § 3) by aspect (north, west, and south slopes) for the observation area \X"ank, as compared with the results of :",lOs'~Mr:~ (1986) (aerial observations !983)

Das Wiederauffinden des yon MOSSM~I~ (1986) sowohl im Raum Garmisch-Partenkirchen als auch f/.ir den gesamten Alpenraum festgestellten Effektes macht es wahrscheinlich, dag das Ergebnis nicht zufallsbedingt i~t; eine ausreichende statistische Absicherung ist iedoch nicht m6glich.

3.4 Sch~.digungsgrad und Meeresh6he

Nachdem von MOSSMER (1986) elne H6henabh~ngigkeit der Sch~iden zwar vermutet, statistisch abet nicht nachgewiesen werden konnte, wurde versucht, durch eine h6henstufenbezogene Auswertung (ira Abstand von 10 m) der Stichprobenpunkte dieser Frage differenziert nachzu- gehen. Wie Abbildung 4 zeigt, ergibt die h6henabMngige Darstellung der Schadensverh~ilmisse vom Befliegungszeitpunkt 1986 bei Fichte eine ausgepriigte zweigipfetige Kurve, deren Aus- sch]~ige zwischen 1000 m und 1200 mund bei 1600 m statistisch gut absicherbar sind. Interes- sam ist, daft die Kurven vom Befliegungszeitpunkt 1983 (f/.ir den gesamten Alpenraum) denen yore Befliegungszeitpunkt 1986 (fiir das Untersuchungsgebiet Wank) in ihrem Verlauf sehr iihnlich sind. Dies deutet auf Ph~nomene bin, denen ein grunds~itzlicher Charakter zukommt.

Unters.chungen tiber den Zusammenhang zwischen S&adigungsgrad und Meereshohe 149

Abb. 4. Vergleich der deutlichen Sch~iden (Schadstufen 2 -+- 3) nach H/shenzonen for das Untersuchungsgebiet Wank im Vergleich zu den Ergebnissen yon M(tasvt:R (1986) (Be~iegung 1983)

Fg. 4. Comparison of distinct damages (damage classes 2 T 3) by altitude zones for the observation area Wank,.as compared with the results of MOssxn!~ (1986) (aerial observations 1983)

Abb. 5. Anteile der Schadstufen 2+/2/2- /3 , 2/2-/3, 2- /3 und 3 nach H6henzonen

Fig. 5. Distribution of damage classes 2*72/2- /3 , 2/2-/3, 2-/3, and 3, by altitude zones

150 U. Ammer, M. Burgis, B. Koch und K. Martin

3.5 Schiidigungsgrad nach H6henzone und Exposition

Abbildung 5 verdeutlicht die bereits festgestellte h6here Sch~idigung der westexponlerten Standorte im Vergleich zu den Sfidexpositionen ffir die sogenannten deutlichen Sch~iden (Schadstufe 2 + 3) bzw. die starken Sch~iden (Schadstufe 3). hn Prinzip bleibt aber auch hier die h6henabh~ingige Schadensverteilung erhalten.

3.6 Statistische Absicherung des Zusammenhangs zwischen Sch~idigungsgrad und H6henzone

Wie aus Abbildung 6 hervorgeht, slnd die in AbMngigkeit yon der H6henzone ermittehen Unterschiede in Schadintensiditen signifikant.

Das Signifikanzniveau ist durch die Zahl der Sterne ( ') angedeutet. Danach sind vor allem die besonders hohen ScMden im Bereich zwischen 1000 mund 1200 m h6chst signifikant ver- schieden yon den ScDidigungsgraden im H6henbereich unter 1000 m. Auch ist der Abfall des Sch/idigungsgrades oberhalb yon 1200 m (bis 1400 m) statistisch ausreichend gesichert.

i H/Jhe I P (Tailprob.) - 0.C5 - 0.01 - 3.~CI

- 800/ -1200 0 a/15

-I000/ -1200 0 ~/14

- 800/ -1600 0.0002 ~/13

- i 200 / -1400 0.0003 ~/12

-1200 /> 1600 0.0009 e / l l

-1000/ .-1600 0.0095 ct/lO

-1500/>1600 0.0234 a/ 9

0.0033 0.0007 0.00006

0.0036 0.C007 0.00007

0.0038 0.0008 J 0.00008

0.0042 O.O00S i 0000,08

I 0.0009 C,OCSOS 0.0045

0.005 0.001 0,0001

0.0056 0.0011 0.0-301

Abb. 6. Abh.'ingigkeit der Schadverteilung von der H6he Signifikanzniveau: "*" < 0.001%, "* < 0.01%, �9 < 0.05 ';', Signifikanztest: Kontingenztafelanalyse

Fig. 6. Damage distribu6on as affected by altitude - Significance level: ~ < 0.001%, "" < 0.01%. " < 0.05 %, Significance ~est: contingency table analysis

Untersuchungen ~&er den Zt~sammenhat~g zv.,ische,1 Schadigungsgrad und Meeresl;Ohe 151

Z u s a m m e n f a s s u n g und Schluf~folgerungen

Die Baumartenverteilung am Wank zeigt mit 7-* % Fichte, 15 % Kiefer, 8 % Tanne und 3 % Laubholz ein starkes Uberwiegen der Fichtenbest~nde; dies ist bet dem Referenzcharakter, der der Fichte bei Waldscha- densumersuchungen zukommt, nicht ungiinstig. Das Waldschadensnlveau ist mit 55 % mltteistark gesch~dlgten B~iumen (Schadstui'e 2) und 14 % stark gesch~idigten B~iumen (Schadstufe 3) hoch. Fast I/5 aller B~iume geh6ren der stark gesch~,digten Kategorie an, iiber -/3 sind deutlich in ihrer Vithlit[it geschw:icht. Die geringfiigig (5 %-Punkte) h6heren Schadprozente for westexponierte Lagen bestatigen einen bereits fr0.her beobachteten Trend.

- Der bereits 1983 beobachtete Zusammenhang einer h6heren Sch~idigung zwischcn 900 m u n d 1200 m bzw. 1600 m Seeh6he wurde for das Untersuchungsgebiet Wank fi~r das Jahr 1986 nicht nut bestiitigt, sondern die Unterschiede sind so deutlich, dag sle statistisch absicherbar sin& Dabei ergibt slch fur die zwischen ~.000 m und !200 m festgeste!!ten erhShten Vitalitatsverluste eine stat{stische Abs(cherung auf dem hochsten Si.gnifikanzniveau, abet auch der zweite Gipfel in der H6henzone zwischen 1400 m und 1600 m ist statistisch ausreichend gesichert.

- Diese Befunde und die Tatsache, dag in den angesprochcnen l-I6henlagen h.iufig stabile Luftschichtungen (Inversionslagen) herrschen, legen die Vermutung nahe, dai?, die h6henabh:ingigen Vitaiiriitsunterschiede mit einer verst;irkten Ozonbeiastung zusammenh~.ngen k6nnten.

Wir verweisen in diesem Zusammenhang auf den Beitrag yon P,si!.R,'c Het al. (1988) [n diesem Heft.

S u m m a r y and Conc lus ions

Investigations on the correlation bet~'een .forest damage level and altitude above sea le~,el

Investigations were conducted within the framework of tbe research program focusing on interrelationships between climate and forest damages.

Tree species distribution at Wank (74 % Norway spruce, 1.5 % pine, 8 '3,1, fir, and 3 % broadleaved species) show's that spruce stands predominate. This is no disadvantage when the reference character of spruce in view of the forest decline investigations is considered. The level of forest decline is high, with 55 % of the trees moderately (damage class 2) and 14 % severely affected (damage class 3). Almost one-fl fth of all trees is severely damaged; more than two-thirds are show- ing distinctly weakened vitality. The slightly higher damage percentages (5 percentage points) for locations exposed to the west confirm an a]read', earlier observed trend. Higher damages between 900 and 1.200 m, and a~ approximately 1600 m above sea level, respectively, already observed in 1983, were not only just confirmed in 1986 for the Wank observation area; differences, on the contrary, are so distinct that they are statistically significant. Increased vitality losses found at altitudes between 1000 and 1200 m are highly significant (highest level); but also the second peak at an elevation between 1400 and 1600 m above sea level is statistically significant. These findings and the fact that stable air strata (inversion layers) are frequently found at these altitudes suggest that the altitude-dependent vitality differences might be connected with increased ozone-caused stress.

In this connection we refer to the paper by P,~ri ~.,',r~ et al. in this issue.

L i t c r a tu r

..'vl~_,s~l~R. R., 1986: Verteilung der neuartigen Waldschiiden an dcr Fichte nach Bestandes- und Standorts- merkmalen in den Bayerischen Alpen. Forstliche Forschungsberichte Miinchen Nr. 73/1986.

A~I~t:~, U.; Mc~ss3u.,, R.: BsO~,~, U., 1983: Der Beitrag der Fernerkundung zur Erfassung der Waldsch~iden. Forstwiss. Cbl. 102, 1.49-157.

P~l>,z, B.; K~.~gs~, H. M., Sn~.',:w,:,,:,, H., 1982: Vorl~iufiger Bericht der Landesanstalr fl.ir Immissionsschutz fiber Untersuchungen zur Au~l:;rung der Waldschiiden in der Bundesrepublik Deutschland. LIS-Berichte Nr. 28, Essen.

R['HFL'I Ss, ~. E.; ZIliCI.i-i% H., 1986: Zusammenfassende Diskussion der Ergcbnisse experimenteller Untersu- chungen tiber die Auswirkungen yon [.uftschadstoffen, Bodenzustand und Witterungsstreg auf junge Fichten. Forstw. Cbl. 105, 201-380.

I-Ir S., 1979: A simple sequentially rejektive mukiple testprocedure. Scan& J. Star. 6, 65-70. P,\H'R,'WII, P, 1988: Betrachtung der Ozonvertikalverteilung im Zusammenhang mit den neuartigen \'r

sch~iden. Forstwiss. Cbl. 107, 152-159.

.4~z*chriR der Verfasser: Prof. U. A~,~xn:.~, M. BL.:Kc;~s, B. K,.3c~ und K. M.x~rzx, Lehrstuhl fi,r Landschaftstcch- nik, Winzererstr. aS, D-8000 M/~nchen 40