· Vorwort und Dank I Vorwort und Dank Die Idee zu der vorliegenden Masterarbeit entstand während des zweiten Master-Pflichtmoduls „Kli-ma- und Umweltdynamik“ im Jahr 2010

Rezente Dynamik der Baum- und Waldgrenze im

Lafatschertal (Karwendelgebirge), Tirol, Österreich

Masterarbeit

Zur Erlangung des Master of Science

an der Fakultät für Geo- und Atmosphärenwissenschaften

der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck

eingereicht von

Thomas Zieher

eingereicht bei

Ao. Univ. Prof. Dr. Kurt Nicolussi

Innsbruck, Februar 2013

Meinen Eltern

Gerlinde und Franz

Vorwort und Dank

I

Vorwort und Dank

Die Idee zu der vorliegenden Masterarbeit entstand während des zweiten Master-Pflichtmoduls „Kli-

ma- und Umweltdynamik“ im Jahr 2010. Zunächst war sie als regionaler Vergleich zwischen Wald-

grenzstandorten im Karwendel und im Toten Gebirge (Oberösterreich) geplant. Aufgrund wiederhol-

ter schlechter Witterungsverhältnisse und Terminkollisionen konnte die zweite Geländebegehung aber

nicht stattfinden. Daher wurde die Fragestellung auf das bereits beprobte Untersuchungsgebiet ausge-

richtet. Die notwendigen Vorkenntnisse über die Methodik der Dendrochronologie sowie der rezenten

klimatischen Entwicklungen waren großteils Gegenstand der Vorlesungen im Modul „Klima- und

Umweltdynamik“.

Erste Gebietserkundungen fanden bereits im April 2011 statt. Endgültig aufgenommen wurde die

Arbeit Mitte des Sommers 2011, in dem nach der Geländebegehung auch die Messungen weitgehend

abgeschlossen werden konnten. Nach einer Unterbrechung durch ein Praktikum wurde die Arbeit im

Frühjahr 2012 mit der Datenanalyse sowie den Aufgabenstellungen der Fernerkundung fortgesetzt.

Anfang Februar 2013, konnte die Arbeit zum Thema Baum- und Waldgrenze abgeschlossen werden.

Das Gelingen dieser Masterarbeit wäre ohne die Unterstützung zahlreicher Personen schlicht nicht

möglich gewesen. Ein besonderer Dank gilt vorweg Ao. Univ. Prof. Dr. Kurt Nicolussi, dem Betreuer

dieser Arbeit. Neben richtungsweisenden Denkanstößen waren vor allem die Gespräche und Diskussi-

onen in vielerlei Hinsicht sehr hilfreich. Gleiches gilt für Dr. Martin Rutzinger, der den Abschnitt

Fernerkundung betreute.

Des Weiteren möchte ich mich für die Unterstützung bedanken bei:

• Valentino, Tobias und Andreas – für die unbezahlte, weil unbezahlbare Hilfe im Gelände

• Thomas und Andrea – für Rat & Tat im Labor

• Magnus – für die zahlreichen Programmiertipps

• Meinen Eltern – die mich nicht nur finanziell unterstützt haben

• Maria – dafür, dass sie mich in stressigen Zeiten ertragen hat

• Allen weiteren Personen, die mich motiviert und unterstützt haben

Zusammenfassung

II

Zusammenfassung

Die Verschiebung von Vegetationsobergrenzen ist aktuell – vor dem Hintergrund des Klimawandels – ein viel

diskutiertes Thema. Eine Vielzahl an Studien belegt eine im Durchschnitt aufwärts gerichtete Verlagerung. Ziel

dieser Masterarbeit ist es, die rezente Dynamik an der Baum- und Waldgrenze auf lokalem Maßstab zu analysie-

ren. Dabei gilt es vor allem die Frage nach der raumzeitlichen Entwicklung der Baum- und Waldgrenze und ihre

möglichen Ursachen zu beantworten. Ergänzend wurde u.a. auf Fragen nach der Waldentwicklung, der Ände-

rung der Landbedeckung und dem Zusammenhang zwischen der Wuchshöhe von Bäumen und ihrer Höhenlage

eingegangen.

Die Untersuchung sah die dendrochronologische Auswertung von Bohrproben lebender Individuen vor. Diese

Proben wurden in zuvor abgegrenzten Plots unterhalb, an und oberhalb der Waldgrenze gewonnen. Begleitend

kamen Methoden der Fernerkundung zum Einsatz. Neben der Auswertung multitemporaler Orthofo-

tos/Luftbilder wurde eine Routine zur automatischen Einzelbaumextraktion aus Airborne Laserscanning-Daten

entwickelt (implementiert in Python 2.7).

Das gewählte Untersuchungsgebiet befindet sich im Lafatschertal, einem hinteren Seitental des Hinterautales im

Karwendelgebirge (Tirol, Österreich). Die beprobten Plots liegen zwischen 1820 bis 2131 m Seehöhe. Der dorti-

ge Waldbestand (im wesentlichen Karbonat-Lärchen-Zirbenwald) wird aktuell nicht bewirtschaftet und eignet

sich damit gut, um Aussagen über die raumzeitliche Entwicklung der Baum- und Waldgrenze zu treffen.

Die Ergebnisse belegen eine aufwärts gerichtete Verlagerung der Baumgrenze zumindest seit Mitte des 19. Jhd.

Ein Vergleich mit einer auf Tagesmitteln der Lufttemperatur basierenden Modellierung der raumzeitlichen Ent-

wicklung der klimatischen Waldgrenze legt einen Zusammenhang mit dem Verlauf der Temperatur nahe. Auch

die zeitliche Entwicklung der mittleren Wachstumsniveaus der beprobten Individuen belegt einen Zusammen-

hang mit dem Trend der Lufttemperatur. Vor allem der rezente Temperaturanstieg förderte das Aufkommen

bzw. das Wachstum von Jungwuchs oberhalb der aktuellen Waldgrenze. Die Ergebnisse der Response Function

Analysis zeigen zudem, dass die Jahrringbreite der beprobten Lärchen und Zirben zunehmend sensitiv auf die

Monatsmitteltemperaturen der Monate April und Mai reagiert. Dies würde auf eine früher einsetzende Wachs-

tumsphase hinweisen, wie sie durch den allgemeinen Temperaturanstieg zu erwarten wäre.

Aussagen über die Waldentwicklung konnten unter Berücksichtigung der lokalen Nutzungsgeschichte mithilfe

der gemessenen Jahrringserien, die um die modellierte Anzahl an fehlenden Jahrringen zum Kern bzw. zum Wur-

zelansatz verlängert wurden, abgeleitet werden. Aufgrund des beinahe zeitgleichen Aufkommens von Lärchen um

1700 n. Chr. kann von einem vorangegangenen Leerstand der aufgenommenen Fläche ausgegangen werden.

Phasen mit verstärkter Verjüngung traten während klimatisch günstigen Zeiträumen auf. Im Zeitraum einer der

Hauptphasen der Kleinen Eiszeit (ca. 1820 bis 1850), sowie Anfang des 20. Jhd. überlebten dagegen kaum Bäu-

me ihre Jugendphase.

Der angestellte Vergleich multitemporaler Orthofotos (verwendete Aufnahmejahre 1954 und 2009) zeigt klar

eine allgemeine Ausbreitung der Latschen auf Kosten der von alpinem Rasen bewachsenen Fläche. Die von

Baumkronen überschirmte Fläche nimmt hingegen unwesentlich zu, jene von Fels und Schutt eingenommene

bleibt in Summe gleich. Mithilfe des entwickelten Algorithmus zur automatischen Einzelbaumextraktion aus

Derivaten von Airborne Laserscanning-Daten konnten insgesamt 2401 Baumkronen detektiert werden. Im Ver-

gleich mit digitalisierten Baumkronen (auf Basis des Orthofotos von 2009, n= 541) wurden bei weitgehend frei

stehenden Individuen 76% korrekt detektiert. In dichteren Beständen liegt die Erfolgsquote korrekt abgegrenzter

Baumkronen bei 46%. Der aus den extrahierten Baumhöhen abgeleitete empirische Zusammenhang mit der

Höhenlage zeigt eine graduelle Abnahme der Baumhöhe mit steigender Seehöhe.

Abstract

III

Abstract

In the course of current discussions on climate change, increasing attention is being paid on shifting vegetation

boundaries in mountain regions. A great number of studies prove an upward shift. The aim of this thesis is to

analyse recent local-scale dynamics at the alpine tree- and timberline. Emphasis is given to the spatiotemporally

advancement of tree- and timberline and its probable causes. Additionally issues concerning the development of

the local forest stand, changes of land cover and the relation of tree height and altitude are discussed.

In general, the study was based on the dendrochronological analysis of samples of living trees. The samples were

collected within predefined areas below, at and above timberline. In addition means of remote sensing came to

use. Besides the evaluation of multitemporal orthophotos and aerial images, an automated routine for the extrac-

tion of single trees out of airborne laser scanning data was implemented in Python 2.7.

The study area is located in the Lafatscher Valley, a tributary valley at the head of the Hinterau Valley within the

Karwendel Mountains (Tyrol). The sampled areas are situated between 1820 to 2131 m of altitude. Primarily the

forest stand consists of uncultivated Larch and Stone Pine. Therefore the chosen area is particularly suited for the

presented issue of spatiotemporally advancement of tree- and timberline.

The results show an upward shift of tree line since at least 1850. Comparing the modelling of past climatic tim-

berline altitude based on daily means of air temperature with the advancement of tree line proven by field data

good correlations are shown. In addition trends of mean tree ring width (TRW) agree with trends of mean air

temperature. Therefore a connection between air temperature and tree line altitude is suggested. Especially the

recent increase in mean air temperature stimulated enhanced growth of young trees above timberline. Moreover

results of response function analysis prove an increasing sensitivity of tree ring width to monthly means of air

temperature of April and May. Due to rising air temperature growing season seems to start earlier.

In order to draw conclusions on the development of the local forest stand the year of germination had to be mod-

elled for each measured TRW-series. Furthermore history of utilization was concerned according to older litera-

ture. Because of the nearly simultaneously germination of Larch around 1700 A.D. a previous absence of high

vegetation can be assumed. Generally phases of forest regeneration coincide with climatically favourable periods.

On the other hand hardly any tree survived its juvenile stage during one of the main phases of the Little Ice Age

(around 1820 to 1850) as well as during the beginning of the 20th century.

The conducted comparison of multitemporal orthophotos (years 1954 and 2009) clearly shows a general expan-

sion of mugo pine at the cost of alpine meadows. Areas covered by tree crowns increased marginally whereas in

total debris-covered areas remained the same. Applying the developed routine for the extraction of single trees on

derivatives of airborne laser scanning data resulted in 2401 delineated tree crowns within the boundaries of the

study area. Compared to 541 tree crowns digitized in the orthophoto of 2009, 76% of the single trees were ex-

tracted correctly in areas with low stocking rate and 46% in areas with high stocking rate respectively. The empir-

ical connection between tree height and altitude derived from extracted single trees shows a reduction of tree

height with increasing altitude.

IV

Inhalt

V

Inhalt

Vorwort und Dank .........................................................................................................................I

Zusammenfassung ........................................................................................................................ II

Abstract........................................................................................................................................ III

Inhalt ............................................................................................................................................ V

1. Einführung .............................................................................................................................. 1

1.1. Einleitung......................................................................................................................... 1

1.2. Fragestellung ................................................................................................................... 2

1.3. Vegetationskundliche Grundlagen ................................................................................. 3

1.3.1. Definitionen ........................................................................................................... 3

1.3.2. Stammaufbau von Nadelhölzern .......................................................................... 6

1.3.2.1. Allgemeiner Aufbau ................................................................................. 6

1.3.2.2. Radialer Zuwachs ..................................................................................... 6

1.3.2.3. Jahrringbildung an der Waldgrenze ........................................................ 7

1.3.2.4. Alterstrend von Bäumen .......................................................................... 8

1.3.2.5. Zusammenhang von Jahrringbreite und Klima ....................................... 9

1.3.2.6. Reaktionsholz ......................................................................................... 10

1.3.2.7. Frostring ................................................................................................. 10

1.3.3. Berücksichtigte Baumarten ................................................................................. 11

1.3.3.1. Lärche, europäische Lärche (Larix decidua Mill.; Abk. LADE)................ 11

1.3.3.2. Zirbe, Zirbelkiefer, Arve (Pinus cembra L.; Abk. PICE) ........................... 11

1.3.3.3. Fichte, Rotfichte (Picea abies (L.) Karst; Abk. PCAB) ............................. 12

1.4. Wald- und Baumgrenze ................................................................................................ 12

1.4.1. Erforschung der Wald- und Baumgrenze im Rückblick ...................................... 12

1.4.2. Aktueller Forschungsstand .................................................................................. 13

1.4.3. Ursachen der alpinen Wald- und Baumgrenze ................................................... 14

1.4.3.1. Stress ...................................................................................................... 14

1.4.3.2. Mechanische Schäden ........................................................................... 15

1.4.3.3. Verjüngungsprobleme ........................................................................... 15

1.4.3.4. Unzureichende CO2-Versorgung ........................................................... 15

1.4.3.5. Wachstumslimitierung durch die Temperatur ....................................... 16

1.4.3.6. Lokale Einflussfaktoren .......................................................................... 16

1.4.4. Höhenlage der Baumgrenze im globalen Vergleich ........................................... 17

1.4.5. Temperatur an der klimatischen Waldgrenze ..................................................... 17

1.4.6. Reaktion der Wald- und Baumgrenze auf Klimaänderungen ............................ 18

1.4.7. Physiognomie der Waldgrenze ........................................................................... 19

1.4.8. Statur waldgrenznaher Individuen ...................................................................... 21

1.4.9. Schwankungen von Baum-/Waldgrenze in der Vergangenheit ......................... 21

1.5. Das Untersuchungsgebiet ............................................................................................. 22

Inhalt

VI

1.5.1. Gebietsübersicht - Karwendelgebirge ................................................................ 22

1.5.2. Lage des Untersuchungsgebiets ......................................................................... 23

1.5.3. Naturraum ........................................................................................................... 24

1.5.3.1. Geologie ................................................................................................. 24

1.5.3.2. Boden ..................................................................................................... 26

1.5.3.3. Vegetation.............................................................................................. 26

1.5.3.4. Klima ...................................................................................................... 27

1.5.3.5. Lufttemperatur ....................................................................................... 28

1.5.3.6. Niederschlag........................................................................................... 28

1.5.3.7. Klimadiagramme .................................................................................... 30

1.5.4. Kulturraum .......................................................................................................... 31

1.5.4.1. Nutzungsgeschichte ............................................................................... 31

1.5.4.2. Holznutzung seit dem Mittelalter .......................................................... 32

1.5.4.3. Bergbau im Lafatschertal – „Silberner Hansl“....................................... 32

1.5.5. Windwurf Frühjahr 2012 .................................................................................... 33

2. Methoden ............................................................................................................................. 37

2.1. Dendrochronologie ....................................................................................................... 37

2.1.1. Ursprung und Teilgebiete.................................................................................... 37

2.1.2. Zugrundeliegendes Prinzip – „Crossdating“ ...................................................... 37

2.1.3. Material ............................................................................................................... 38

2.1.4. Messung .............................................................................................................. 38

2.1.5. Standardisierung ................................................................................................. 38

2.1.5.1. Individuelle Standardisierung – Curve Fitting Standardization ............. 39

2.1.5.2. RCS – Regional Curve Standardization.................................................. 39

2.1.6. Dendroklimatologie ............................................................................................. 39

2.1.6.1. Skalierung der Jahrringbreitenindices.................................................... 40

2.2. Fernerkundung .............................................................................................................. 40

2.2.1. Angewendete Methoden - Photogrammetrie .................................................... 40

2.2.1.1. Prinzip..................................................................................................... 40

2.2.1.2. Klassifizierung von Orthofotos .............................................................. 40

2.2.2. Angewendete Methoden - Laserscanning.......................................................... 41

2.2.2.1. Prinzip..................................................................................................... 41

2.2.2.2. Generierung eines digitalen Geländemodells ....................................... 41

2.2.2.3. Einzelbaumextraktion ............................................................................ 42

3. Abschnitt Dendrochronologie .............................................................................................. 43

3.1. Probengewinnung......................................................................................................... 43

3.2. Präparierung .................................................................................................................. 48

3.3. Messung ........................................................................................................................ 48

3.4. Kontrolle ........................................................................................................................ 48

3.5. Bestimmung des Aufkommens ..................................................................................... 49

3.5.1. Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Kern („pith offset“) ...................... 49

Inhalt

VII

3.5.2. Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Wurzelansatz................................. 52

3.5.3. Standardisierung der Jahrringserien.................................................................... 54

3.6. Ergebnisse...................................................................................................................... 55

3.6.1. Ausgewertete Jahrringdaten - Übersicht ............................................................ 55

3.6.2. Raumzeitliche Entwicklung von Baum- und Waldgrenze im Lafatschertal ........ 56

3.6.2.1. Gegenwärtige Höhenlage der Baumgrenze .......................................... 56

3.6.2.2. Rekonstruktion der Höhenlage der Baumgrenze .................................. 57

3.6.2.3. Modellierung der Höhenlage der (klimatischen) Waldgrenze auf Basis von Temperaturmessdaten .................................................................... 60

3.6.2.4. Vergleich von Modellierungsergebnissen und Geländebefunden ........ 64

3.6.3. Trends der Jahrringbreite .................................................................................... 68

3.6.3.1. Vergleich der mittleren Jahrringbreite 1840-1900 und 1940-2000 ..... 69

3.6.3.2. Raumzeitliche Entwicklung der Wachstumsniveaus.............................. 70

3.6.3.3. Vergleich von Wachstumsniveau und Sommertemperatur................... 71

3.6.4. Waldentwicklung im Untersuchungsgebiet ........................................................ 73

3.6.4.1. Lebensspanne aufgenommener Individuen........................................... 73

3.6.4.2. Aufkommen nach Höhenlage und Spezies ........................................... 75

3.6.4.3. Waldentwicklung - Synthese ................................................................. 79

3.6.5. Jahrringbreite und Temperatur ........................................................................... 81

3.6.6. Rekonstruktion der Sommertemperatur ............................................................. 84

3.6.7. Prognose für die Entwicklung der Wald- und Baumgrenze ............................... 87

4. Abschnitt Fernerkundung ..................................................................................................... 89

4.1. Photogrammetrie .......................................................................................................... 89

4.1.1. Klassifizierung der Baum- und Waldgrenze im Lafatschertal ............................. 89

4.1.2. Vergleich der Landoberfläche 1954 – 2009 ....................................................... 91

4.1.2.1. Verwendete Datengrundlage ................................................................ 91

4.1.2.2. Klassifizierung der Orthofotos ............................................................... 91

4.1.2.3. Vergleich der Oberflächenklassen 1954 – 2009 ................................... 92

4.1.3. Probleme und Limitationen ................................................................................. 94

4.2. Laserscanning ................................................................................................................ 95

4.2.1. Datengrundlage................................................................................................... 95

4.2.2. Oberflächen- und Geländemodell....................................................................... 95

4.2.3. Einzelbaumextraktion .......................................................................................... 96

4.2.3.1. Konzept .................................................................................................. 96

4.2.3.2. Workflow ............................................................................................... 96

4.2.4. Ergebnisse ............................................................................................................ 97

4.2.4.1. Ergebnisvalidierung der Einzelbaumextraktion...................................... 97

4.2.4.2. Vollständigkeit und Richtigkeit .............................................................. 98

4.2.4.3. Kronenfläche ........................................................................................ 100

4.2.4.4. Kronendurchmesser ............................................................................. 101

4.2.4.5. Virtuelle vs. reale Wuchshöhe.............................................................. 102

4.2.4.6. Bestimmung der Position der Waldgrenze .......................................... 103

Inhalt

VIII

4.2.4.7. Wuchshöhe vs. Höhenlage .................................................................. 104

4.2.4.8. Altersstruktur des lokalen Waldbestandes .......................................... 106

4.2.5. Probleme und Limitationen ............................................................................... 107

5. Fazit .................................................................................................................................... 109

6. Schlussbemerkungen.......................................................................................................... 111

7. Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 113

8. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis ................................................................................ 120

9. Anhang ..................................................................................................................................... i

1. Einführung

1

1. Einführung

1.1. Einleitung

Vegetationsobergrenzen sind seit geraumer Zeit Forschungsobjekte verschiedener Disziplinen. Die

alpine Baum- und Waldgrenze ist in jeder Hinsicht die wahrscheinlich am besten erforschte unter

ihnen. Zahlreiche Studien belegen ihre aufwärts gerichtete Verlagerung in Gebirgsräumen als direkte

Folge des rezenten Temperaturanstieges. In der vorliegenden Masterarbeit sollen rezente Entwicklun-

gen der alpinen Baum- und Waldgrenze bzw. Veränderungen in deren Umfeld erfasst, analysiert und

diskutiert werden. Als Untersuchungsgebiet wurde das Lafatschertal, ein hinteres Seitental des Hinter-

autales, inmitten des Karwendelgebirges gewählt. VARESCHI (1931) erkennt in seiner physisch-

geographischen Gesamtschau über das Hinterautal, in der er besonders auf die Vegetation dieses Ge-

bietes eingeht:

„Die Gehölztypen eines Gebietes sind, wie jede Pflanzengesellschaft, der Ausdruck eines Ausgleichs

zwischen den zur Verfügung stehenden physikalischen und chemischen Kräften und den historisch

bedingten Lebensformen. Dieser Ausgleich führt niemals zu einer vollen Stabilität sondern zeigt inner-

halb bestimmter Grenzen einen immerwährenden Wechsel“ (VARESCHI 1931, 81).

Dieser Wechsel manifestiert sich in besonderer Weise an den Außengrenzen der mehr oder weniger

geschlossenen Vorkommen. Betrachtet man die Grenzen von Waldbeständen im globalen Maßstab, so

treten diese entlang verschiedener Gradienten auf. Demnach sind Waldgrenzen stets Mangelgrenzen,

egal ob temperatur-, niederschlags- oder nährstoffbedingt. Sie können Vorkommen nach unten („unte-

re Waldgrenze“, „kontinentale Waldgrenze“; in der Regel aufgrund von Wassermangel) oder nach oben

hin begrenzen („obere Waldgrenze“, „alpine Waldgrenze“; allgemein aufgrund zu geringer Temperatu-

ren). Bei genauerer Betrachtung wird die Position der Waldgrenze zusätzlich durch lokal wirksame

Faktoren beeinflusst (KÖRNER 1998, HOLTMEIER 2003).

Momentan dominiert die Frage nach dem Klimawandel eine Vielzahl von Forschungsrichtungen, so-

wie Politik und Gesellschaft. Zu den unmittelbar sichtbaren Folgeerscheinungen des gegenwärtigen

Temperaturanstieges zählt auch die Verlagerung von Vegetationsgrenzen. Während diese im Flachland

nordwärts vorrücken, steigen sie in Gebirgsräumen in größere Höhen auf. Die alpine Wald- und

Baumgrenze eignet sich als Forschungsobjekt vor diesem Hintergrund gut, da ihre Position und Physi-

ognomie bei ungestörten Bedingungen in starkem kausalen Zusammenhang mit den vorherrschenden

Umweltbedingungen - in erster Linie mit der Temperatur - steht. Dieser Zusammenhang bildet eine

der grundlegenden Annahmen der vorliegenden Masterarbeit.

1. Einführung

2

1.2. Fragestellung

Ziel dieser Masterarbeit ist, die Dynamik der Wald- und Baumgrenze im Lafatschertal mit verschiede-

nen Methoden zu untersuchen und rezente Entwicklungen aufzuzeigen. Die maßgebende Hypothese

ist, dass die Position und Physiognomie der alpinen Baum- und Waldgrenze im Untersuchungsgebiet

in erster Linie klimatisch (v.a. durch die vorherrschende Temperatur) gesteuert wird. Dieser Zusam-

menhang lässt sich vor dem Hintergrund des rezenten Temperaturanstieges unter anderem anhand

dieser zwei Kriterien nachweisen:

• Verlagerung der Baumgrenze in höhere Lagen

• Beschleunigtes Wachstum in höheren Lagen

Neben dieser zentralen Fragestellung ergeben sich weitere Forschungsfragen:

• Auf welcher Seehöhe kann die klimatische Waldgrenze heute in etwa angesetzt wer-

den? Auf welcher Seehöhe befand sie sich in der Vergangenheit?

• Welche Aussagen können über die bisherige Waldentwicklung getroffen werden?

• Welche Veränderungen der Landoberfläche können seit 1954 festgestellt werden?

• Kann zwischen Wuchshöhe und Seehöhe ein empirischer Zusammenhang abgeleitet

werden?

• Ist eine Prognose der zukünftigen Baum-/Waldgrenze möglich bzw. zulässig?

Als Standort der Untersuchung wurde das Lafatschertal, ein hinteres Seitental des Hinterautales im

Karwendel gewählt. Dieses Tal ist aufgrund der schwierigen Erreichbarkeit heute weitgehend naturbe-

lassen, wie auch VARESCHI (1931) bereits in der ersten Hälfte des 20. Jhd. feststellte. Der Wald wird

heute nicht bewirtschaftet (Schutzwald außer Ertrag; LAND TIROL 2012) und dient lediglich den um-

liegenden Schutzhütten gegen Auslöse als Brennholzlieferant. Dies betrifft jedoch nur in geringem

Maße den untersten Teil des Untersuchungsgebietes (pers. Mitteilung Thomas Lehner; Pächter des

Hallerangerhauses, 13.07.2011). Der Standort wurde nach verschiedenen Kriterien ausgewählt

(Zirbenbestand, Lärchenbestand, klimatische Wald-/Baumgrenze, Stützpunkt in der Nähe, begehbar)

und mehrmals begangen. Lage und Standortfaktoren werden in Punkt 1.5. genauer beschrieben.

Neben der dendrochronologischen Beprobung vorwiegend lebender Bäume an waldgrenznahen Stand-

orten, wird versucht über Methoden der Fernerkundung (Auswertung multitemporaler Luftbilder bzw.

Orthofotos und Laserscanning) die Position der aktuellen Baum- und Waldgrenze festzumachen, sowie

rezente Veränderungen der Landoberfläche zu erfassen. Die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze sol-

len sich am Ende ergänzen und ein Gesamtbild ergeben. Genauere Erläuterungen zu den angewende-

ten Methoden können im 2. Kapitel nachgelesen werden.

1. Einführung

3

1.3. Vegetationskundliche Grundlagen

1.3.1. Definitionen

Jahrring

Als Jahrring (auch: Zuwachsring) wird jene Zuwachsschicht im Holz oder Bast bezeichnet, die sich

innerhalb eines Jahres entwickelt. Die deutlich erkennbaren Grenzen zwischen Spät- und Frühholz

werden konzentrisch um das Mark herum ausgebildet (KAENNEL & SCHWEINGRUBER 1995).

Baum

In der Literatur sind verschiedene Definitionen eines erwachsenen Baumes zu finden. Zumeist wird die

Definition einer Mindesthöhe verwendet. ELLENBERG (2010) setzt eine Mindesthöhe von 2 m voraus,

KÖRNER (1998) und PAULSEN et al. (2000) legen ein Minimum von 3 m fest. HOLTMEIER (2003)

definiert ein erwachsenes Individuum über die durchschnittliche Mächtigkeit der Winterschneedecke.

Demnach muss ein Baum, um als solcher zu gelten, die Schneedecke überragen und ohne deren Schutz

die klimatischen Bedingungen bestehen.

In der vorliegenden Arbeit wird als Definition eines Baumes eine Mindesthöhe von 2 m angesetzt.

Wald

Nach dem österreichischen Forstgesetz von 1975 muss ein Wald, um als solcher zu gelten auf einer

Fläche von mindestens 1000 m² bei mindestens durchschnittlich 10 m Breite mit definierten Holzge-

wächsen bestockt sein. Der Überschirmungsgrad von wenigstens 60 Jahre alten Individuen darf nicht

unter 30 % liegen (REPUBLIK ÖSTERREICH 1975).

(Alpine) Baumgrenze

Als Baumgrenze werden jene Standorte von Bäumen bezeichnet, die sich am äußersten Saum ihrer

ökologischen Amplitude befinden (KAENNEL & SCHWEINGRUBER 1995). In der hier verwendeten

Definition ist die alpine Baumgrenze die oberste Verbindungslinie erwachsener Bäume (HOLTMEIER

2003). In der Literatur wird des Öfteren die Verbindungslinie der obersten Gruppen erwachsener

Bäume verwendet, um auszuschließen, dass mikroklimatische Einflüsse zu stark gewichtet werden (z.B.

HERMES 1955, KÖRNER 1998). Die Verbindungslinie der obersten erwachsenen Einzelbäume wird

dann auch als „outpost treeline“ bezeichnet (KÖRNER 2012b).

Die Baumgrenze ist eine „life form boundary“ (KÖRNER 2012b, 12). Sie ist demnach unabhängig von

der anzutreffenden Baumspezies und wird lediglich über die Definition der „Lebensform Baum“ defi-

niert. Diese Definition eines Baumes beeinflusst damit indirekt auch die Position der alpinen Baum-

grenze (KÖRNER 2012b).

1. Einführung

4

(Alpine) Waldgrenze

Nach PAULSEN et al. (2000) ist die Waldgrenze die Verbindungslinie der obersten Waldbestände in-

nerhalb eines oder mehrerer Hänge derselben Exposition (PAULSEN et al. 2000). Damit ist die Defini-

tion der Waldgrenze abhängig von der verwendeten Definition für Wald. Zudem wird zwischen aktu-

eller und der klimatischer Waldgrenze unterschieden.

Aktuelle Waldgrenze

Die aktuelle Waldgrenze ist die momentan beobachtbare Obergrenze des Waldbestandes. Durch anth-

ropogene Einflussnahme (z.B. Rodung, Beweidung, Holznutzung, Bergbau) wurde die Waldgrenze in

der Vergangenheit vielerorts um 150 bis 300 m nach unten verlagert. Sie kann abrupt und linienhaft

oder als Übergangsbereich („Waldgrenzökoton“) ausgeprägt sein. Die physiognomische Ausprägung

der Waldgrenze wird vielerorts stark von den lokalen Gegebenheiten (bspw. Waldbestand, dessen Auf-

steigen durch eine Steilwand begrenzt wird) beeinflusst. HOLTMEIER (2003) bezeichnet dies als „oro-

graphische Waldgrenze“ (HOLTMEIER 2003, 25).

Die Höhenlage der aktuellen Waldgrenze wird in der vorliegenden Arbeit anhand der Obergrenze des

aktuellen Waldbestandes nach der Definition lt. österreichischem Forstgesetz von 1975 festgelegt.

Klimatische Waldgrenze

Die auch als potenzielle Waldgrenze bezeichnete klimatische Waldgrenze markiert jene maximale Hö-

henlage, die von Waldbeständen bei den vorherrschenden klimatischen Bedingungen erreicht werden

kann. Voraussetzung dafür ist die Abwesenheit anthropogener Beeinflussung sowie Limitierungen

durch lokale naturräumliche Gegebenheiten (HOLTMEIER 2003).

Baumspeziesgrenze, Krüppelgrenze

Als Baumspeziesgrenze oder Krüppelgrenze wird die Verbindungslinie der obersten Vorkommen einer

Baumspezies definiert. Diese Vorkommen stocken in der Regel an der Obergrenze ihrer ökologischen

Amplitude und bilden in der Folge verkrüppelte Wuchsformen aus (KÖRNER 2012b).

Vegetationsperiode

TRANQUILLINI (1981) definiert die Vegetationsperiode im Hinblick auf die alpine Waldgrenze als

„(…) die Zeit vom Erwachen der Bäume aus der Winterruhe bis zum Eintritt in die Winterruhe“

(TRANQUILLINI 1981, 463). Ihre Länge ist zunächst abhängig von der geographischen Breite bzw. der

Höhenlage. Während die Vegetationsperiode an der Waldgrenze in den Alpen etwa 100 Tage lang ist,

herrschen an tropischen Waldgrenzen das gesamte Jahr über Bedingungen, die Wachstum erlauben

(KÖRNER 2012b). Selbst bei sommergrünen Bäumen ist dieser aktive Zeitraum jedoch nicht einfach

einzugrenzen, da die sichtbaren Prozesse (Ausbildung/Vergilbung der Nadeln) weder unmittelbar zu-

erst einsetzen noch am längsten andauern (TRANQUILLINI 1981). Der CO2-Gasaustausch, der TRAN-

QUILLINI (1981) als Indiz für die Aktivität von Bäumen dient, beginnt bei Zirben an Waldgrenzstand-

orten bereits Anfang Mai und endet Anfang November. Lärchen an vergleichbaren Standorten werden

1. Einführung

5

erst Mitte Juni mit der Ausbildung ihrer Nadeln aktiv und stellen die Photosynthese Ende September

mit dem Abwerfen der Nadeln ein. Demnach variiert die Länge der Vegetationsperiode auch nach

betrachteter Spezies (TRANQUILLINI 1981). KÖRNER & PAULSEN (2004) definieren die Vegetations-

periode an der Waldgrenze über die Bodentemperaturen. Die Temperaturschwelle für Beginn und

Ende der Vegetationsperiode liegt bei 3,2°C, gemessen 10 cm unter der Erdoberfläche (KÖRNER &

PAULSEN 2004). Die Länge der Vegetationsperiode ist in der Literatur nicht einheitlich definiert.

Waldgrenzökoton

Nach WIESER & TAUSZ (2007) erstreckt sich das Waldgrenzökoton von der Waldgrenze bis zum

höchsten Vorkommen einer Baumart (Krüppelgrenze). In Abhängigkeit lokaler Gegebenheiten geht

innerhalb dieses Saumes die Wuchsform von aufrecht wachsenden Bäumen zu Krüppelformen über

(WIESER & TAUSZ 2007).

Allgemein ist die Ausprägung des Waldgrenzökotons abhängig von dem Gradienten der maßgebenden

ökologischen Faktoren. Während sich das Ökoton an der arktischen Baumgrenze in der Ebene über

Kilometer erstreckt, ist es in Gebirgsregionen wesentlich schmaler ausgebildet, da sich die ökologischen

Bedingungen mit zunehmender Seehöhe wesentlich rascher verändern (KÖRNER 2012b). Auf lokalem

Maßstab sind die Ursachen für das Vorhandensein dieses Grenzsaumes komplex und können klein-

räumig variieren. Neben klimatischen Veränderungen müssen biotische Faktoren, historische Entwick-

lungen und Waldbrände berücksichtigt werden (HOLTMEIER 2003).

Kampfzone

Die Kampfzone ist nach dem österreichischen Forstgesetz von 1975 als „(…) die Zone zwischen der

natürlichen Baumgrenze und der tatsächlichen Grenze des geschlossenen Baumbewuchses (…)“ defi-

niert (REPUBLIK ÖSTERREICH 1975, 1846). Sie erstreckt sich demnach zwischen Wald- und Baum-

grenze.

1. Einführung

6

1.3.2. Stammaufbau von Nadelhölzern

1.3.2.1. Allgemeiner Aufbau

Als Holz (Xylem) wird das Dauergewebe von Stämmen, Wurzeln und Ästen bezeichnet. Es besteht aus

unterschiedlichen Zellen, die in Verbänden als Gewebe auftreten. Diese Zellen werden vom sogenann-

ten Kambium abgeschieden - einer Schicht, die den Stamm unter der Rinde (Phloem) umhüllt. Die

drei wesentlichen Aufgaben der verschiedenen Holzzellen sind (i) mechanische Stabilisierung des Bau-

mes, (ii) Transport von Wasser und (iii) Zwischenspeicherung von Stoffen. Längliche, stammparallel

angeordnete Zellen (sog. Tracheiden), die den Großteil der Zellen ausmachen, dienen der Stabilisie-

rung und Wasserleitung. Radial angeordnete Zellreihen, die als Holzstrahlen bezeichnet werden, er-

möglichen einen radialen Transport organischer Stoffe und können diese auch speichern. Parenchym-

zellen dienen der Stoffspeicherung (GROSSER 1977).

1.3.2.2. Radialer Zuwachs

Da im Zuge dieser Arbeit Jahrringbreiten gemessen und analysiert werden, ist vor allem der radiale

Aufbau von Bedeutung. Dieser ist bei den behandelten Spezies (Zirbe, Lärche, untergeordnet Fichte)

im Grunde ähnlich und wird in Abb. 1 für die Lärche dargestellt. Der innerste „Kern“ des Stammes

wird durch das Mark gebildet. Während der frühen Jugendphase dient es zum Transport von Wasser,

stirbt jedoch in der Regel bereits früh ab. Der radiale Zuwachs erfolgt in außertropischen Gebieten

zyklisch, da er durch die Vegetationsruhe während der kalten Jahreszeit unterbrochen wird. Zu Beginn

der Vegetationsperiode werden zunächst weitlumige Frühholztracheiden ausgebildet, die einen stetigen

Wassertransport gewährleisten sollen. Gegen Ende der Vegetationsperiode kommt es zur Ausbildung

englumiger, dickwandiger Spätholztracheiden, die vor allem der mechanischen Stabilisierung dienen.

Durch diese Unterschiede lässt sich Früh- und Spätholz auch farblich gut unterscheiden. Die Grenze

zwischen der letzten gebildeten Spätholzreihe und der ersten im darauffolgenden Jahr gebildeten Früh-

holzreihe ist scharf und meist zweifelsfrei erkennbar. Der Übergang von Früh- zu Spätholz erfolgt bei

der Zirbe allmählich, bei der Lärche dagegen abrupt (GROSSER 1977, SCHWEINGRUBER 2001).

1. Einführung

7

Abb. 1: Aufbau eines Nadelbaumstammes im Querschnitt. Aus: CHERUBINI et al. 2004, 164.

1.3.2.3. Jahrringbildung an der Waldgrenze

Den Ergebnissen von LORIS (1981) zufolge, der im Waldgrenzbereich des Patscherkofels den jährli-

chen Verlauf der Jahrringbildung an Zirben, Fichten und Lärchen über mehrere Jahre hinweg unter-

suchte, können vor allem für Zirbe und Fichte charakteristische Wachstumsphasen unterschieden wer-

den (LORIS 1981). Während der Präwachstumsphase, noch bevor das Kambium aktiv ist, setzen Quel-

lungsprozesse innerhalb des Stammes ein. Im Zuge dieser Prozesse wird der Dickenverlust, der im Be-

reich der Rinde während der Vegetationsruhe durch die unzureichende Versorgung mit Wasser eintritt,

reversiert. Ist der Stammdurchmesser des Vorjahres erreicht, setzt die Tätigkeit des Kambiums ein.

LORIS (1981) hebt hervor, dass die Aktivierung des Kambiums nur bedingt von den vorherrschenden

Temperaturen (Luft- oder Bodentemperatur) direkt gesteuert wird. Vielmehr muss zunächst die Was-

serversorgung indirekt über die Temperatur sichergestellt werden. Die Präwachstumsphase dauert im

Schnitt etwa zehn Tage, das Kambium wird meist Anfang/Mitte Mai aktiv (vgl. LORIS 1981). Mit dem

Einsetzen des Kambiums beginnt die Wachstumsphase. Während dieser Phase werden Zellen ausge-

schieden und damit der Jahrring gebildet. Nach KÖRNER (2012a) ist die Ausbildung von Gewebe bei

Temperaturen unter 5°C nur mehr eingeschränkt möglich und um 0°C gänzlich unmöglich. Abb. 2

zeigt den Zusammenhang zwischen Produktivität (ausgedrückt in der für die Zellteilung notwendigen

Zeitdauer) bzw. Photosynthese und der Temperatur. Während bei Temperaturen < 5°C die Zellteilung

nur noch sehr langsam erfolgt, ist die Photosynthese selbst bei Temperaturen unter 0°C noch einge-

schränkt möglich (KÖRNER 2012b).

1. Einführung

8

Abb. 2: Zusammenhang zwischen Produktivi-

tät bzw. Photosynthese und der Temperatur.

Die „Cell doubling time“ bezieht sich auf den

gesamten Prozess der Zellteilung (Interphase

und Mitose), während die „Mitotic time“ der

Zeitdauer der sichtbaren Zellteilung (Prophase

bis Telophase) entspricht. Aus: KÖRNER 2012b,

172.

Demnach bleibt der Zuwachs auch während der Vegetationsperiode meist auf die Tagesstunden be-

schränkt (KÖRNER 2012a). Der tägliche potenzielle Zeitraum in dem Wachstum möglich ist, nimmt

im Verlauf der Wachstumsphase zunächst dementsprechend zu und gegen Ende wieder ab. In den

kumulativen Wachstumskurven von LORIS (1981) äußert sich dies durch die von ihm beschriebene „S-

Kurve“. Anhand der Zuwachsraten können zudem die Phasen der Frühholzbildung von Phasen der

Spätholzbildung unterschieden werden (LORIS 1981). Die Postwachstumsphase beginnt nachdem das

Kambium seine Aktivität einstellt. Das bedeutet, dass die Zellstreckung an sich zu diesem Zeitpunkt

abgeschlossen ist, die Verdickung der Zellwände schreitet jedoch noch voran (LORIS 1981).

1.3.2.4. Alterstrend von Bäumen

Geht man davon aus, dass ein Baum jährlich ein konstantes Volumen an Gewebe ausbildet, so würde

die Jahrringbreite infolge des zunehmenden Stammdurchmessers kontinuierlich abnehmen (vgl.

HUGHES 2011). Allerdings verhält sich der Breitenzuwachs von Bäumen eben nicht linear. Die physio-

logischen Reaktionen von Bäumen auf Umwelteinflüsse, die zunächst durch genetische Faktoren einge-

schränkt sind, ändern sich mit dem Fortgang ihrer Entwicklung. In der Jugendphase (Abb. 3, 1) wäh-

rend der ersten Dekaden des Wachstums eines Baumes nimmt die Breite der ausgebildeten Jahrringe

zu. Dies wird allgemein durch den Aufbau von Wurzelstock und Baumkrone begründet. Die höchsten

Zuwachsraten werden in der anschließenden optimalen Wachstumsphase (Abb. 3, 2) erzielt. Nach der

Kulmination nimmt das Breitenwachstum während der Erwachsenen- und Alterungsphase (Abb. 3, 3)

ab. Im höheren Alter stabilisiert sich der jährliche Breitenzuwachs in der Degenerations- und Absterbe-

phase (Abb. 3, 4) auf niedrigem Niveau (BRÄKER 1981).

Abb. 3: Endogen bedingter Alterstrend von Bäu-

men. Jahrringbreiten von mehr als 3 mm werden

an der Waldgrenze in der Regel nicht erreicht. Der

Zeitraum, in dem maximale Zuwachsraten erreicht

werden, variiert je nach Spezies. Aus: BRÄKER 1981,

77.

1. Einführung

9

Dieses bauminhärente Verhalten ist als niederfrequenter Trend in Jahrringserien enthalten. Der alters-

bedingte Einfluss auf die Jahrringbreite ist vor allem abhängig von den lokalen Wachstumsbedingun-

gen. Im Mittel ist dieser charakteristische Trend, der sogenannte Alterstrend ableitbar. Dieser variiert

u.a. nach Standort, Spezies und Beprobungshöhe (BRÄKER 1981, HUGHES 2011). Für die Rekon-

struktion externer Einflüsse (limitierende Faktoren) muss dieser Alterstrend mithilfe von Standardisie-

rungsverfahren eliminiert werden (FRITTS 1976, MELVIN & BRIFFA 2008).

Auch das Höhenwachstum unterliegt einem Alterstrend. Dieser ist je nach Standort und Spezies etwa

bis zum Erreichen der maximalen Wuchshöhe ähnlich ausgeprägt wie jener des Dickenwachstums

(LEIBUNDGUT 1970).

1.3.2.5. Zusammenhang von Jahrringbreite und Klima

Neben den endogenen Faktoren wird die Produktivität von Bäumen auch von den umgebenden Um-

weltbedingungen beeinflusst. Dabei wirken sowohl klimatische (Temperatur, Niederschlag, Wind) als

auch standortsbezogene Faktoren (Konkurrenz, Boden-, Nährstoff- und Lichtverhältnisse, Naturraum-

prozesse, Verbiss, etc.). Diese Einflüsse modulieren den bauminhärenten Wachstumstrend als „Stö-

rung“ (BRÄKER 1981).

Abb. 4: Zusammenhang zwischen

Klima und Jahrringbreite zum Zeit-

punkt t (aktuelles Jahr), t-1 (Vorjahr),

t+1 (Folgejahr) und t+k (Folgejahre).

Aus: FRITTS 1976, 26.

Bäume reagieren sehr schnell auf Umwelteinflüsse (Größenordnung Minuten und Stunden). Diese

kurzfristigen Änderungen beeinflussen die letztendliche Jahrringbreite zunächst in der Regel nicht. In

der Summe werden diese Änderungen am Ende der Vegetationsperiode allerdings indirekt in Form

einer veränderten Jahrringbreite abgebildet. Ein schmaler Jahrring ist die Folge verschärfter Umweltbe-

1. Einführung

10

dingungen während der Vegetationsperiode, ein breiter Jahrring deutet dagegen auf allgemein gute

Wachstumsbedingungen hin. Vor allem im Grenzbereich der ökologischen Amplitude sind stressbe-

dingte Änderungen der Jahrringbreite sehr ausgeprägt. Die Jahrringbreite reagiert demnach sensitiv

gegenüber bestimmten Umwelt- oder Standortfaktoren. Dies spiegelt sich auch in ihrer Abfolge wider

(Abb. 5).

Abb. 5: Beispiele für Jahrringabfolgen (jährliche Jahrringbreite über die Zeit). Aus: SCHWEINGRUBER 1983, 82.

Damit lassen sich aus Jahrringbreiten bzw. ihrer Abfolge Aussagen über Umweltbedingungen der Ver-

gangenheit treffen. Aufgrund seines Speichervermögens ist der Baum jedoch bis zu einem gewissen

Grad in der Lage Veränderungen auszugleichen. Jahrringbreiten weisen daher eine starke Autokorrela-

tion auf (SCHWEINGRUBER 1983, FRITTS 1976).

1.3.2.6. Reaktionsholz

Auf mechanische Belastung reagieren Bäume mit der Ausbildung von Reaktionsholz. Nadelbäume

bilden dabei das sogenannte Druckholz auf der mechanisch belasteten Seite aus. Dabei werden Trach-

eiden mit dickeren Zellwänden und damit höherer Zugfestigkeit angelegt. Besteht die Belastung über

längere Zeit, wächst der Stamm exzentrisch, wobei der längere Radius in der belasteten Richtung liegt

(SCHWEINGRUBER 2001). Das Auftreten von Reaktionsholz wird u.a. zur Datierung geomorphologi-

scher Prozesse herangezogen (GÄRTNER et al. 2001).

1.3.2.7. Frostring

Ein Frostring ist als Störung innerhalb des Jahrringes sichtbar. Er besteht aus Parenchymzellen (Kallus-

gewebe), die während der Wachstumsperiode bei extremer Kälte entstehen (KAENNEL & SCHWEIN-

GRUBER 1995). Vor allem bei raschen Kälteeinbrüchen kann sich innerhalb lebender Zellen Eis bilden.

Junge, nicht vollständig ausgebildete Zellen werden dabei zerstört. Frostringe treten vermehrt bei

Stämmen mit geringem Durchmesser (d.h. in erster Linie bei Jungwuchs) auf, da in der Regel eine

isolierende, dicke Borke fehlt (FRITTS 1976).

1. Einführung

11

1.3.3. Berücksichtigte Baumarten

1.3.3.1. Lärche, europäische Lärche (Larix decidua Mill.; Abk. LADE)

Natürliche Lärchenvorkommen in Europa sind von den Alpen über die Karpaten bis Polen zu finden.

Anthropogen bedingt ist sie heute zudem in ganz Mittel- und Nordeuropa verbreitet. Die Lärche ist

der einzige einheimische Nadelbaum, der seine Nadeln am Ende der Vegetationsperiode abwirft. Sie

wird nach GROSSER (1977) durchschnittlich 20-40 m hoch (selten über 50 m) bei einem maximalen

Stammdurchmesser von ca. 1 m (GROSSER 1977). Die stumpf-kegelförmige Krone der Lärche setzt

gewöhnlich auf 5 bis 8 m an. Ihre Wurzeln dringen tief ein und bieten einen festen Stand. Die Lärche

verbreitet sich durch Wind, der die leichten Samen (Tausendkornmasse 3-6 g) bei günstigen Verhält-

nissen über weite Strecken verfrachten kann. Vollmasten (ergiebige Samenjahre) treten in etwa alle

zehn bis zwölf Jahre auf. Die Samen reifen bis Oktober/November und fliegen größtenteils im darauf-

folgenden Frühjahr aus. Danach bleiben keimfähige Samen (ca. 35%) weitere zwei bis drei Jahre keim-

fähig. Die Zapfen verbleiben auch nach dem Samenausflug am Baum. In ihrer Jugendphase wächst die

Lärche rasch und erreicht ihre maximale Wuchshöhe je nach Standort nach 60 bis 150 Jahren. Dabei

benötigen die Bäume vor allem Licht (lockere Bestockung), frische Böden und Wind. Die Lärche

kommt daher vor allem in den frühen Phasen der Waldentwicklung auf und gilt als Pionierbaumart. In

geschlossenen Beständen ist eine Verjüngung unwahrscheinlich. Lärchen sind weitgehend unempfind-

lich gegen Hitze und Frost und können ein Alter von 600-700 Jahren erreichen, wobei auch über 1000

Jahre alte Exemplare nachgewiesen wurden (AMANN 1993, AUER 1947).

Aufgrund des abrupten Übergangs von Früh- zu Spätholz sind sowohl Jahrringe, als auch Früh- und

Spätholz gut erkennbar. Im Stammquerschnitt ist das Splintholz meist als schmaler, gelblich gefärbter

Bereich ausgebildet. Das Kernholz ist rötlichbraun (GROSSER 1977).

1.3.3.2. Zirbe, Zirbelkiefer, Arve (Pinus cembra L.; Abk. PICE)

Die Zirbe ist als immergrüner Gebirgsbaum in den Alpen, den Karpaten und in der Tatra vertreten. In

den Ebenen Sibieriens kommt sie zudem als Pinus cembra var. sibirica (Du Tour) Loud vor. Sie wird

als mittelgroßer Baum in der Regel 10-20 m hoch bei einem Stammdurchmesser von bis zu 2 m und

mehr (GROSSER 1977). Ihre kegel- bis walzenförmige Krone setzt tief an und ist des Öfteren mehrwip-

felig. Die Wurzeln der Zirbe sind kräftig und durchdringen den Untergrund großräumig. Hochlagen-

zirben werden nach AMANN (1993) meist erst nach 70-80 Jahren mannbar. Die Reifung der Samen ist

Ende Oktober des zweiten Jahres abgeschlossen. Danach fallen diese bis zum darauffolgenden Frühjahr

ab. Keimfähige Samen (ca. 60%) bleiben weitere zwei bis drei Jahre keimfähig. Aufgrund der schweren

Samen (Tausendkornmasse 250-270 g) ist diese Baumart mehr oder weniger auf den Tannenhäher

angewiesen, der die Samen bei eingeschränktem Fluggebiet verbreitet. Zu einer Verbreitung kommt es

praktisch nur nach Vollmasten (etwa alle fünf bis zehn Jahre). Sprengmasten werden vom Tannenhä-

her in der Regel vollständig vernichtet. Die Zirbe wächst von Beginn an langsam. In ihrer Jugendphase

1. Einführung

12

kann sie im Gegensatz zur Lärche Schatten ertragen. Zirben sind weitgehend kälteunempfindlich und

können über 1000 Jahre alt werden (AMANN 1993, MAYER 1974).

Die Jahrringe der Zirbe sind meist schmal und der Übergang von Früh- zu Spätholz verläuft fließend.

Zudem ist der Unterschied zwischen Früh- und Spätholztracheiden nicht so deutlich ausgeprägt wie

z.B. beim Holz der Lärche. Der Jahrring kann dennoch gut anhand der radial abgeflachten letzten

Zellreihen des Spätholzes abgegrenzt werden. Das Splintholz ist relativ schmal, gelblichweiß gefärbt

und unterscheidet sich vor allem in frischem Zustand vom gelbrötlichen Kernholz (GROSSER 1977).

1.3.3.3. Fichte, Rotfichte (Picea abies (L.) Karst; Abk. PCAB)

Fichten kommen durch kulturelle Verbreitung mittlerweile in ganz Europa vor. Sie zeichnet sich durch

ihre spitze, kegelförmige Krone aus, die im Freistand bis an den Boden hinabreicht. In geschlossenen

Beständen setzt ihre Krone höher an. Die Fichte erreicht ein Höhenwachstum von durchschnittlich

40 m, es sind jedoch Baumhöhen von bis zu 60 m möglich. Der Stamm wird i.d.R. maximal 1,5 m

stark. Die Wurzeln der Fichte reichen nicht weit nach unten, breiten sich jedoch tellerförmig weit nach

außen aus. Fichten werden mit 30-60 Jahren mannbar und bilden an Gebirgsstandorten alle sechs bis

acht Jahre eine Vollmast aus. Samen reifen jährlich bis Oktober und fliegen bis zum darauffolgenden

Frühjahr aus. Keimfähige Samen (ca. 95%) bleiben weitere fünf bis sechs Jahre keimfähig. Die Fichte

wächst in ihrer Jugendphase langsam und erreicht ihre maximale Wuchshöhe mit 70-120 Jahren. Sie

erträgt Schatten, stellt jedoch bei anhaltender Hitze oder Dürre ihre Produktion ein. Aufgrund der

flachen Verwurzelung kann sie durch Stürme leicht geworfen werden (AMANN 1993, GROSSER 1977).

Früh- und Spätholz kann gut unterschieden werden, da Spätholztracheiden dickwandiger und englu-

miger sind als Frühholztracheiden. Splint- und Kernholz unterscheiden sich hingegen farblich nicht

(GROSSER 1977).

1.4. Wald- und Baumgrenze

1.4.1. Erforschung der Wald- und Baumgrenze im Rückblick

Alexander von Humboldt setzte sich bereits im 18. Jhd. wissenschaftlich mit dem Zusammenhang von

Klima und Vegetation auseinander. Während seiner Studienreisen, die ihn unter anderem in Gebirge

Amerikas führten, stellte er auch erstmalig einen Vergleich zwischen den Höhenabfolgen der Vegetati-

on der tropischen Gebirge Südamerikas und der außertropischen Gebirge Europas an (TROLL 1962).

Die systematische Erforschung der Waldgrenze begann vor etwa 150 Jahren. Bereits wenig später wur-

de ihre vordergründige Abhängigkeit von der Temperatur erkannt und wissenschaftlich anerkannt. In

der Folge wurde die Waldgrenze zunächst deskriptiv erforscht. Vergleiche mit bekannten thermalen

Grenzen (z.B. KÖPPEN 1920, HERMES 1955) trugen zum besseren Verständnis der Waldgrenze bei,

konnten sie jedoch nicht ursächlich erklären (TRANQUILLINI 1981, HOLTMEIER 2003).

1. Einführung

13

Die moderne (ursächliche) Erforschung der Waldgrenze geht zurück auf DÄNIKER (1923), der erstmals

ökologische Bedingungen an der Waldgrenze miteinbezog. Nach und nach wurden geeignete Instru-

mente und Messmethoden entwickelt. Vor allem in Innsbruck entstanden aufgrund der vorteilhaften

Lage der Universität bereits früh Arbeiten zu Ökologie und Physiologie von Bäumen an Waldgrenz-

standorten. Im Alpenraum erlebte die Forschung zudem infolge der schweren Lawinenkatastrophen

der Winter 1951/52 und 1953/54 einen Aufschwung. Diese Ereignisse wurden der damaligen intensi-

ven Holznutzung und dem allgemein schlechten Zustand der alpinen Bestände zugeschrieben. In ei-

gens eingerichteten Forschungszentren (z.B. Obergurgl, Davos) konzentrierte man sich nun auf die

Untersuchung der ökologischen Bedingungen an der Waldgrenze (TRANQUILLINI 1981, HOLTMEIER

2003, JANDL et al. 2012). Im Jahr 1979 erschien ein umfassendes Lehrbuch zum Thema Baum- und

Waldgrenze mit Schwerpunkt auf den europäischen Alpen (TRANQUILLINI 1979).

1.4.2. Aktueller Forschungsstand

Die nach wie vor beherrschende Frage in der Erforschung der Waldgrenze ist die Frage nach ihrer Ur-

sache. In diesem Zusammenhang können heute zwei grundlegende Ansätze unterschieden werden. Auf

der einen Seite stehen bei punktuellen/lokalen Untersuchungen („landscape approach“, MALANSON et

al. 2011, 168) Fragen nach der Landschaftsentwicklung und ihren treibenden Faktoren im Vorder-

grund. Neben naturräumlichen Gegebenheiten wird auch die anthropogene Einflussnahme berücksich-

tigt (z.B. GEHRIG-FASEL et al. 2007). In diese Kategorie ist auch die vorliegende Arbeit einzuordnen.

Auf der anderen Seite wird nach einer global gültigen Ursache für die Waldgrenze gesucht. Dabei wird

davon ausgegangen, dass die Höhenlage der Waldgrenze in den Gebirgen der Erde eine gemeinsame

Ursache hat. Lokale Einflüsse werden dabei ausgeblendet, da sie lediglich als Modulation der prinzipiell

möglichen Waldgrenze angesehen werden. Von Priorität ist dabei die Suche nach jenen Mechanismen,

die allgemein das Wachstum von Bäumen limitiert (KÖRNER 2012b, MALANSON et al. 2011). Als

scheinbar entscheidender Faktor für die Position der Waldgrenze auf globalem Maßstab erwies sich die

Bodentemperatur (KÖRNER & PAULSEN 2004).

Ein Überblick über die in diesem Zusammenhang maßgebende Literatur ist in dem Lehrbuch von

KÖRNER (2012b) zu finden (KÖRNER 2012b, 4ff). Weitere maßgebende Lehrbücher wurden von

WIESER & TAUSZ (Hrsg., 2007) und HOLTMEIER (2003) herausgegeben bzw. verfasst.

Eine weitere bedeutende Forschungsfrage ist die Frage nach der Reaktion der Wald- und Baumgrenze

auf die veränderlichen Temperaturen im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Die in Gebirgsräu-

men aktuell zu beobachtende nach oben gerichtete Verschiebung von Vegetationsobergrenzen als Re-

aktion auf allgemein ansteigende Temperaturen gilt als gesichert (z.B. PAULI et al. 2012). Auch Baum-

und Waldgrenze verlagern sich tendenziell nach oben (HARSCH et al. 2009, LEONELLI et al. 2011),

was allerdings nicht nur den ansteigenden Temperaturen zugeschrieben werden kann (z.B. GEHRIG-

FASEL et al. 2007). Jedoch zeigen verschiedene Untersuchungen, dass sich die Wachstumsbedingungen

1. Einführung

14

an Extremstandorten graduell verbessern und Individuen an der alpinen Baum- und Waldgrenze

dadurch rezent höhere Jahrringbreitenwerte aufweisen (z.B. PAULSEN et al. 2000, CARRER et al. 2007).

1.4.3. Ursachen der alpinen Wald- und Baumgrenze

Das Pflanzenwachstum wird durch (veränderliche) Umweltbedingungen beeinflusst. Nach dem Prinzip

des limitierenden Faktors, das auf dem Minimumgesetz nach Liebig beruht, wird die Produktivität von

Bäumen, meist über einen gewissen Zeitraum, von einem hervortretenden Faktor begrenzt (FRITTS

1976). Im Falle der alpinen Wald- und Baumgrenze ist es im Allgemeinen die vorherrschende Tempe-

ratur, die das Wachstum von Bäumen einschränkt und damit ihre Position großräumig bestimmt (z.B.

HERMES 1955, KÖRNER 1998). Nach KÖRNER (1998) können fünf Ursachenkomplexe, die meist

direkt oder indirekt mit der Temperatur zusammenhängen unterschieden werden:

• Stress

• Mechanische Schäden

• Verjüngungsprobleme

• Unzureichende CO2-Versorgung

• Wachstumslimitierung durch die Temperatur

1.4.3.1. Stress

Stress ist grundsätzlich an jedem Standort in irgendeiner Form präsent und bedeutet eine (temporäre)

Überschreitung einer lokal wirksamen Limitierung der Produktivität. Individuen an Wald- und Baum-

grenze sind bedingt durch die niedrigen Temperaturen erhöhtem Stress ausgesetzt. Als physiologische

Reaktion verringert sich die Produktivität drastisch. Oberhalb der Baumgrenze ist dieser Stress für das

aufrechte Wachstum von Bäumen zu schwerwiegend („destructive stress“). Gegen auftretenden Frost

während der Vegetationsruhe sind waldgrenzbildende Baumarten weitestgehend resistent. Frostereig-

nisse, die während der Vegetationsperiode an Wald- und Baumgrenze auftreten, können vor allem für

junge Bäume erhöhten Stress bedingen. Anzeichen dafür sind die bereits erwähnten Frostringe (Punkt

1.3.2.7.). Erwachsene Individuen überstehen derartige Ereignisse dagegen in der Regel unbeschadet

(WIESER & TAUSZ 2007, KÖRNER 2012b). In Verbindung mit Trockenstress kann Frost indirekt

schwerwiegendere Auswirkungen haben. Bei der sogenannten Frosttrocknis können oberirdische Teile

von Bäumen aufgrund des gefrorenen Bodens nicht mehr ausreichend mit Wasser versorgt werden. Sie

sterben in der Folge ab (KAENNEL & SCHWEINGRUBER 1995). Nach TRANQUILLINI (1981) ist in

erster Linie frei stehender Jungwuchs oberhalb der Waldgrenze davon betroffen, da in der Regel die

schützende Schneedecke während der Vegetationsruhe weitgehend fehlt. Im Bereich der Baumgrenze

könnten zudem die Kutikula (Schutzschicht) der Nadeln aufgrund der verkürzten Vegetationsperiode

nicht voll entwickelt sein. Dadurch würde sich die Transpiration erhöhen und die Menge an verfügba-

rem Wasser weiter reduzieren (TRANQUILLINI 1981). Frosttrocknis (engl. „winter desiccation“) tritt

1. Einführung

15

jedoch nur in Gebieten mit Jahreszeitenklima bzw. den gemäßigten Breiten auf. Betroffen ist in erster

Linie Jungwuchs (KÖRNER 1998, 2012b).

1.4.3.2. Mechanische Schäden

Mechanische Schäden („disturbances“) treten im Gegensatz zu Stress nicht zonal auf. Im regionalen

Maßstab gefährden mechanische Schäden das Aufkommen an der Waldgrenze damit kaum und sind

lediglich an der Krüppelgrenze von Bedeutung. Allerdings können Schäden durch Schneelast, Wind

und Eisgebläse einzelnen exponierten Individuen stark zusetzen. (KÖRNER 1998, 2012b). Im Untersu-

chungsgebiet konnte zudem Wildverbiss an Jungwuchs beobachtet werden, der ebenfalls in diese Kate-

gorie einzuordnen wäre.

1.4.3.3. Verjüngungsprobleme

Damit ein waldgrenznaher Bestand nachhaltig bestehen kann, müssen aufgrund der hohen Mortalität

während der Jugendphase mehr junge Bäume aufkommen als alte Bäume absterben. Demnach ist die

Absterberate von Jungwuchs längerfristig entscheidend für die Position der Wald- und Baumgrenze.

Die Samenverfügbarkeit ist dabei kein limitierender Faktor. Während der Jugendphase wird der Jung-

wuchs zumeist durch den Unterwuchs und dem damit verbundenen Mikroklima vor äußeren klimati-

schen Einflüssen weitgehend abgeschirmt. Erreicht er allerdings eine gewisse Wuchshöhe, ist er den

härteren klimatischen Verhältnissen ungeschützt ausgeliefert. In dieser kritischen Phase können Stress

oder mechanische Schäden leicht zum Absterben junger Bäume führen. Allerdings sind lediglich weni-

ge gute Jahre notwendig, damit aufgekommener Jungwuchs seine kritische Jugendphase übersteht und

eine erfolgreiche Verjüngung sichert (KÖRNER 1998, 2012b).

1.4.3.4. Unzureichende CO2-Versorgung

Eine weitere viel diskutierte potenzielle Ursache für die Ausbildung der Baum- und Waldgrenze ist die

reduzierte Photosynthese in größeren Höhen aufgrund mangelhafter CO2-Versorgung. Der Partial-

druck von Kohlendioxid nimmt mit der Seehöhe proportional zum Luftdruck ab. In der Folge würde

Kohlenstoff für den Aufbau von Gewebe fehlen. Auf globalem Maßstab tritt die Waldgrenze jedoch in

verschiedenen Höhenlagen (Punkt 1.4.4.) mit unterschiedlichen CO2-Partialdrücken auf. Relativ zum

Partialdruck auf Meeresniveau (94%) sinkt dieser im Bereich subtropischer Baumgrenzen auf etwa

55%. Damit ist es unwahrscheinlich, dass die CO2-Versorgung eine wesentliche Rolle bei der Ausbil-

dung der Wald-und Baumgrenze spielt (KÖRNER 1998). Aktuelle Untersuchungen konnten auf lokaler

Ebene ebenfalls keine generelle CO2-Unterversorgung an Wald- und Baumgrenze belegen (z.B. HOCH

& KÖRNER 2003, WIESER et al. 2009).

1. Einführung

16

1.4.3.5. Wachstumslimitierung durch die Temperatur

Aufgrund ihrer Größe und Statur interagieren Bäume stärker mit der Atmosphäre als die niederwüch-

sige Vegetation. Neben indirekten Einflüssen wirkt die Temperatur damit auch direkt limitierend auf

die Produktivität (und damit das Wachstum) von Bäumen. LORIS (1981) zeigte, dass zunächst der

Boden tauen muss, bevor die Wasserversorgung - und damit die Wachstumsphase einsetzen kann.

Während der Vegetationsperiode ist das Wachstum im Wesentlichen auf Zeiträume mit Tagesmitteln

der Lufttemperatur >5°C beschränkt, da wie bereits in Punkt 1.3.2.3. dargelegt Zuwachs zwischen 0

und 5°C nur stark eingeschränkt und darunter gar nicht möglich ist (KÖRNER 2012a, 2012b).

1.4.3.6. Lokale Einflussfaktoren

Im regionalen/lokalen Maßstab können dagegen weitere Faktoren Einfluss auf Position und Physiog-

nomie der Waldgrenze nehmen. Bei einer (lokalen) Verschiebung der Waldgrenze muss daher ein

komplexes Geflecht untereinander abhängiger Faktoren berücksichtigt werden (MALANSON et al.

2011). Daher können selbst bei beobachtetem Anstieg der Höhenlage der Waldgrenze nicht zweifels-

frei klimatische Ursachen nachgewiesen werden (LEONELLI et al. 2011, GEHRIG-FASEL et al. 2007). In

Abb. 6 werden die lokale Ausprägung der Wald- und Baumgrenze und ihre Ursachen unter Berück-

sichtigung des rezenten Temperaturanstiegs gezeigt.

Abb. 6: Einwirkende Faktoren auf Position und Physiognomie der Wald- und Baumgrenze im regiona-

len/lokalen Maßstab unter Berücksichtigung der rezenten klimatischen Entwicklung. Eigener Entwurf, nach

HOLTMEIER 2003, MALANSON et al. 2011.

Krüppelgrenze

Aktuelle Baumgrenze

Aktuelle Waldgrenze

Boden

» Pfl anzenverfügbares Wasser

» Nährstoffangebot

» Bodenmächtigkeit

Topographie

» Kleinrelief (Rücken/Mulden)

» Höhenlage

» Exposition

Anthrop. Einfl ussnahme

» Beweidung/Wildhege

» Holznutzung

» Tourismus

Biotische Faktoren

» Baumart (Verbreitungsart)

» Fauna (Wild, Vögel, Insekten)

» Pathogene

Mikroklima

» Bodentemperatur

» Schattenwurf

» Wind (Luv/Lee)

Makroklima

» Temperatur

» Insolation

» Niederschlag (Schnee!)Exogene Prozesse

» Naturraumprozesse (Lawinen, Muren, Felsstürze)

» Stürme, Waldbrände

Zirbe (Pinus cembra L.)

Fichte (Picea abies Karst.)

Lärche (Larix decidua Mill.)

1. Einführung

17

1.4.4. Höhenlage der Baumgrenze im globalen Vergleich

Auf globalem Maßstab variiert die Höhenlage der Baumgrenze in Abhängigkeit vom Breitengrad, auch

wenn kein strikter Zusammenhang besteht (Abb. 7). Nach mäßiger Steigung zwischen den nördlichs-

ten Vorkommen bis etwa 50°N steigt die Baumgrenze in den mittleren Breiten bis etwa 30°N markant

an. Die höchsten Vorkommen auf der Nordhalbkugel sind in Tibet auf ca. 4900 m zu finden und

werden von Juniperus tibetica Kom. gebildet (MIEHE et al. 2007). Von 30°N bis 20°S ändert sich die

Höhenlage der Baumgrenze kaum. Im Bereich des Äquators liegt sie zudem deutlich niedriger als im

subtropischen Raum. Ihre höchste Position nimmt die Baumgrenze am Sajama Vulkan (18,11°S

68,88°W) im Gebiet des Altiplano in Bolivien auf ca. 5000 m ein. Nach Süden nimmt die Höhenlage

der Baumgrenze mit ähnlicher Steigung wie auf der Nordhalbkugel ab (MIEHE & MIEHE 2000).

Abb. 7: Höhenlage der Baumgrenze im globalen Vergleich. Aus: MIEHE et al. 2007.

Die Variation der Höhenlage der Baumgrenze ist auf der Nordhalbkugel größer. Auch in den Alpen ist

diese Variation im N-S-Schnitt deutlich ausgeprägt. In den nördlichen Kalkalpen liegt die Baumgrenze

zunächst auf etwa 1600 m. Aufgrund des Massenerhebungseffektes steigt ihre Höhenlage im Bereich

der Schweizer Zentralalpen auf bis zu 2350 m an (KÖRNER 1998, 2012b).

Eine der ersten umfassenden Studien in der die Höhenlage der Baumgrenze global erfasst und

verglichen wurde, stammt von HERMES (1955). Die im Zuge dieser Arbeit erhobenen Daten bilden bis

heute eine wesentliche Grundlage und werden immer wieder ergänzt. Die zentrale Hypothese von

HERMES (1955) war, dass die Baumgrenze aufgrund ihrer Parallelität zur Schneegrenze auch von

denselben physikalischen Faktoren bestimmt wird. Die Höhenlage der Schneegrenze wird in erster

Linie von der Lufftemperatur bestimmt (HERMES 1955).

1.4.5. Temperatur an der klimatischen Waldgrenze

Wie bereits in Punkt 1.3.2.3. beschrieben, hängt die Produktivität von Individuen an der Baum- und

Waldgrenze stark von der Lufttemperatur ab und ist nach KÖRNER (1998, 2012a, 2012b) die ent-

1. Einführung

18

scheidende Einflussgröße für die Ausbildung der klimatischen Waldgrenze auf globalem Maßstab. Die

Länge der Vegetationsperiode alleine kann als Ursache der klimatischen Waldgrenze ausgeschlossen

werden, da sie keinen globalen Erklärungsanspruch hat. HOCH & KÖRNER (2009) konnten in Labor-

versuchen nachweisen, dass Tages- und Jahresgang der Temperatur beinahe keinen Einfluss auf das

Wachstum von Bäumen haben. Die mittlere Temperatur während der Vegetationsperiode wirkte sich

dagegen direkt auf den jährlichen Zuwachs aus (HOCH & KÖRNER 2009).

Die Temperatur an der klimatischen Waldgrenze gemittelt über die Vegetationsperiode liegt dagegen

weltweit in einem sehr engen Wertebereich. Nach KÖRNER & PAULSEN (2004) beträgt die mittlere

Lufttemperatur während der Vegetationsperiode an der Waldgrenze weltweit 6,7°C (±0,8°C). KÖRNER

(2012a) korrigierte diesen Wert unter Berücksichtigung weiterer Daten auf 6,4°C (±0,7°C). Durch die

resultierende Standardabweichung entsteht für die Position der Waldgrenze ein Unsicherheitsbereich

von etwa ±100 m vertikaler Abweichung. Auf globalem Maßstab ist diese Genauigkeit ausreichend, um

einen generellen Erklärungsanspruch zu erheben. Auf lokalem Maßstab müssen jedoch weitere Ein-

flussfaktoren berücksichtigt werden (KÖRNER 2012a).

KÖRNER (2012b) gibt für die Position der aktuellen Waldgrenze eine mittlere Lufttemperatur von

rund 6,4°C für den Zeitraum der Vegetationsperiode an. Diese muss zumindest drei Monate lang sein.

Die Temperatur an der potenziellen Waldgrenze dürfte derzeit jedoch etwas niedriger liegen (leicht

unter 6°C, KÖRNER 2012b, 169), da die aktuelle Waldgrenze noch nicht auf die klimatischen Ent-

wicklungen der letzten Dekaden reagierte (KÖRNER 2012b).

Nach ELLENBERG (2010) übersteigt das Tagesmittel der Lufttemperatur an der Waldgrenze an 100

Tagen 5°C. In den Schweizerischen Alpen wird dieser Wert auf 2000 m an 85 bis 120 Tagen über-

schritten (ELLENBERG 2010, 678).

In älteren Arbeiten wird die Position der Waldgrenze mithilfe der 10°C Isotherme des wärmsten Mo-

nats beschrieben (z.B. KÖPPEN 1920). Diese Annäherungen sind bestenfalls regional (im Alpenraum)

von Nutzen, nicht jedoch auf globalem Maßstab (TRANQUILLINI 1981, KÖRNER 1998).

1.4.6. Reaktion der Wald- und Baumgrenze auf Klimaänderungen

Die alpine Waldgrenze, sofern sie die klimatisch mögliche Höhenlage erreicht, spiegelt den klimatisch

bedingten Ausgleich zwischen dem Aufkommen und Absterben von Bäumen wider. Da Bäume ab

einer gewissen Größe imstande sind verschärfte ökologische Bedingungen zu ertragen (wogegen Jung-

wuchs absterben würde), ist es möglich, dass sie selbst länger andauernde Klimaverschlechterungen

überdauern. Die Waldgrenze würde demnach während klimatisch ungünstiger Phasen nicht linienhaft

absinken, vielmehr käme es zu einer Auflichtung waldgrenznaher Bestände. Junge Individuen würden

zunächst vermehrt absterben. Die verbleibenden „Methusalem-Bäume“ gleichen klimatisch bedingte

Schwankungen der Wald- und Baumgrenze bis zu einem gewissen Grad aus und dämpfen damit ein

klimabedingtes Absteigen (LUMASEGGER 1996, KÖRNER 2012b).

1. Einführung

19

Die Reaktionszeit für einen klimatisch bedingten Aufstieg der Waldgrenze kann nach KÖRNER

(2012b) von zumindest 50 Jahren bis zu mehr als 100 Jahren reichen. Dabei spielen verschiedene Fak-

toren eine Rolle. Zunächst muss das Auftreten einer Vollmast in einen Zeitraum günstiger klimatischer

Bedingungen fallen. Im Falle der Zirbe tritt eine Vollmast etwa alle fünf bis zehn Jahre auf. Demnach

können bereits Dekaden vergehen, bis sich eine derartige Übereinstimmung ereignet. Nach erfolgrei-

cher Keimung benötigt ein Baum eine gewisse Zeit, um die per Definition eines erwachsenen Indivi-

duums festgelegte Mindesthöhe von 2 m zu erreichen (Größenordnung 30 bis 40 Jahre). Zudem wür-

de die vorausgesetzte klimatisch günstige Phase auch das Wachstum der alpinen Zwergstrauchheide

begünstigen, die dadurch stärker in Konkurrenz mit aufkommenden Bäumen tritt. Von einer 50 Jahre

langen Reaktionszeit der Waldgrenze auf Klimagunstphasen ist demnach nur im Optimalfall – dem

flächenhaften, etwa zeitgleichen Aufkommen von Jungwuchs nach einer Vollmast – auszugehen. Als

Folge dieser Reaktionszeit können aus der Position der Waldgrenze nur bedingt Rückschlüsse auf die

aktuellen klimatischen Bedingungen gezogen werden. Erst über längere Zeiträume hinweg offenbart

sich die Abhängigkeit gegenüber klimatischer Entwicklungen (KÖRNER 2012b).

Abb. 8: Verjüngung nahe der Waldgrenze: innerhalb etablierter Bestände (a) und auf höher gelegenem

offenem Terrain (b). KÖRNER 2012, 173.

Das Aufkommen junger, erwachsener Bäume oberhalb der Waldgrenze kann dagegen als (zunächst

kurzfristige) Reaktion auf positive Temperaturtrends gesehen werden (PAULSEN et al. 2000, KÖRNER

2012b). Demnach kann die Baumgrenze in der hier verwendeten Definition mit nur geringer Verzöge-

rung auf länger andauernde günstigere klimatische Bedingungen reagieren (Größenordnung 30 bis 40

Jahre). Ob sich aus diesen einzelnen Aufkommen letztendlich ein Waldbestand entwickelt, hängt da-

von ab, ob sich der Jungwuchs längerfristig behaupten kann. Während der sensiblen Jugendphase

könnten bereits kurzfristige Klimarückschläge (wenige „schlechte Sommer“) ein Absterben dieser neu

aufgekommenen Individuen zur Folge haben (Abb. 8).

1.4.7. Physiognomie der Waldgrenze

Die Waldgrenze kann generell abrupt und linienhaft (Abb. 9, a), als Übergangszone (Waldgren-

zökoton; Abb. 9, b) oder als gradueller Übergangsbereich (Abb. 9, d) ausgebildet sein. Zudem kann

Wald nach oben hin auch durch Krüppelwuchs (z.B. Latschen) begrenzt werden (Abb. 9, c). Im Unter-

suchungsgebiet schließt oberhalb der Waldgrenze dichter Latschenbewuchs an (Abb. 10). Dies würde

dem Waldgrenztyp in Abb. 9, c entsprechen.

1. Einführung

20

Abb. 9: Waldgrenz-

typen. Abrupte, li-

nienhafte Grenze zur

alpinen Vegetation

(a), Übergangszone

(Waldgrenzökoton

(b), durch Latschen-

gürtel begrenzter

Wald (c), gradueller

Übergang von Wald

zu alpiner Vegetati-

on. Aus: HOLTMEIER

2003, 14.

Diese Typen der Waldgrenze können im Gelände in unmittelbarer Nähe nebeneinander vorkommen.

Ihre Ursachen sind auf lokalem Maßstab auf das Zusammenwirken der bereits in Punkt 1.4.3.6. erläu-

terten Faktoren zurückzuführen (HOLTMEIER 2003). Unter Berücksichtigung der rezenten klimati-

schen Entwicklungen kann die Physiognomie der Waldgrenze wie in Abb. 11 schematisch dargestellt

werden.

Abb. 10: Waldgrenzökoton im Untersuchungsgebiet vom Gipfel des Sunntigers (2231 m) aus gesehen. Der

Wald steigt entlang des nach Süden gerichteten Rückens bis auf etwa 2000 m an. Nach oben hin wird der

Bestand von einem Latschengürtel abgegrenzt. Im rechten oberen Bildteil ist das Melzer-Denkmal

(Markierung, 1988 m) erkennbar. Foto: Thomas Zieher, 03.06.2012, Richtung Süd-West.

1. Einführung

21

Abb. 11: Aktuelle Physiognomie

der Wald-, Baum- und Baumspe-

ziesgrenze. Verändert nach KÖRNER

& PAULSEN 2004, 714.

1.4.8. Statur waldgrenznaher Individuen

Mit den zunehmend härteren ökologischen Bedingungen in höheren Lagen verändert sich die Statur

der anzutreffenden Bäume. Während die Größe der einzelnen Holzzellen mit zunehmender Seehöhe

unverändert bleibt, nimmt die Größe der einzelnen Organe ab. Baumgrenznahe Individuen unter-

scheiden sich von tiefer gelegenen Individuen demnach nur in der Anzahl der ausgebildeten Zellen,

nicht aber in deren Größe. Die Baumstatur verändert sich damit allerdings drastisch. Vor allem die

Wuchshöhe nimmt mit steigender Seehöhe stark ab (Punkt 4.2.4.7.). Individuen oberhalb der Wald-

grenze bilden meist eine gedrungene Wuchsform aus und wachsen verstärkt in die Breite. Damit profi-

tieren sie von den milderen mikroklimatischen Bedingungen in Bodennähe. Oberhalb der Baumgrenze

werden nur noch Krüppelformen ausgebildet (KÖRNER 2012b). Neben den klimatisch bedingten Li-

mitierungen haben auch andere exogene Faktoren (z.B. Schneedruck, Wind) Einfluss auf die Wuchs-

form (vgl. HOLTMEIER 2003)

1.4.9. Schwankungen von Baum-/Waldgrenze in der Vergangenheit

Schwankungen der alpinen Baum- bzw. Waldgrenze in der älteren Vergangenheit können anhand

verschiedener Proxydaten rekonstruiert werden. Mithilfe fossiler Pollen aus höher gelegenen Mooren

und Seen (z. B. BORTENSCHLAGER 1970), subfossilen Hölzern aus Mooren, Seen und Gletscherabla-

gerungen, sowie lebenden Bäumen (z.B. NICOLUSSI et al. 2005) können Aussagen über die langfristi-

gen Entwicklungen der Höhenlage der Baum- bzw. Waldgrenze über das gesamte Holozän getroffen

werden. Da jedoch in der Regel nicht nachvollzogen werden kann, ob die gewonnenen Proben von

Individuen an oder oberhalb der Waldgrenze stammen, sind die abgeleiteten Aussagen über die frühere

Position der Baum- bzw. Waldgrenze als Minimalhöhe zu verstehen (KÖRNER 2012b).

Zu Beginn des Holozäns kam es zu einer raschen Wiederbewaldung des Alpenraumes. Bereits zwischen

11500 und 9500 BP lag die Baum- bzw. Waldgrenze auf etwa derselben Höhenlage wie heute. Wäh-

rend dieser 2000 Jahre wurden waldgrenznahe Bestände von Lärchen bestimmt (TINNER & KALTEN-

Geschlossener Waldlt. Forstgesetz (1975)

Baumgruppen

Waldgrenze

Baumgrenze

Baumspeziesgrenze

Wa

ldg

ren

zö

ko

ton

Baumspeziesgrenze(nicht waldgrenzbildende Spezies)

Jungwuchs,

Krüppelwuchs

Frei stehende

erwachsene Bäume

1. Einführung

22

RIEDER 2005). Ihre bisher höchste Position erreichte die alpine Baum- bzw. Waldgrenze während des

holozänen Klimaoptimums etwa zwischen 8000 und 7000 Jahre BP. Zu dieser Zeit lag sie ungefähr

150 bis 200 m höher als heute. Im Anschluss an diese Phase der Klimagunst sank die Baum- bzw.

Waldgrenze infolge einer Klimaverschlechterung ab und verblieb ab ca. 4000 BP auf dem heutigen

Niveau (KÖRNER 2012b). NICOLUSSI et al. (2005) stellten eine vergleichbare Entwicklung der alpinen

Baumgrenze des Kaunertales seit etwa 9000 BP fest. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Baumgrenze zwi-

schen 9000 und 4000 BP durchwegs höher lag, als während der 1980er Jahre (zwischen 120 und

165 m). Nachdem sie ihre höchste Position um 7000 BP erreichte, sank sie zunächst infolge einer Kli-

maverschlechterung etwa 600 Jahre später ab. Nach kürzer andauernden Fluktuationen zwischen 6000

und 5200 BP, blieb die Baumgrenze während des fünften Jtd. BP auf hohem Niveau weitgehend stabil.

Während des vierten Jtd. BP sank die Baumgrenze unter das Niveau der 1980er Jahre ab. Ab diesem

Zeitraum ist ihre Rekonstruktion klima- und nutzungsbedingt lückenhaft. Nur während der ersten

Hälfte des dritten und zweiten Jtd. BP konnten noch eine höhere Position der Baumgrenze als wäh-

rend der 1980er Jahre nachgewiesen werden (NICOLUSSI et al. 2005, NICOLUSSI 2009).

1.5. Das Untersuchungsgebiet

Neben der Gebietsübersicht und der Beschreibung der Lage des Untersuchungsgebiets werden dem

länderkundlichen Schema nach Hettner entsprechend Natur- und Kulturraum der Lokalität beschrie-

ben.

1.5.1. Gebietsübersicht - Karwendelgebirge

Das Karwendel ist eine Gebirgsgruppe der nördlichen Kalkalpen, die wiederum in den Ostalpen liegen.

Begrenzt wird es im Norden durch das Isartal, im Osten durch das Achental, im Süden durch das Inn-

tal und im Westen durch die Seefelder Senke und das Isartal. Seine Ost-West-Erstreckung misst in

etwa 40 km, in Nord-Süd-Richtung in etwa 25 km. Das Karwendel setzt sich aus fünf in Ost-West-

Richtung verlaufenden Gebirgsketten zusammen. Von Norden nach Süden sind dies: Vorkarwendel

(Soiern- und Rissergruppe), nördliche Karwendelkette (Falken-, Gams- und Sonnjochstock), Hinter-

autal-Vomperkette, Gleirschtaler-Halltalerkette, sowie Solstein- oder Inntalkette. Die Gipfel des Kar-

wendels erreichen Höhen von 2500 bis 2800 m, im Bereich des Vorkarwendels im Schnitt 2000 m.

Entwässert wird die Gebirgsgruppe fast zur Gänze von der Isar gen Norden, lediglich die südlichsten,

steil abfallenden Täler entwässern zum Inn (STOLZ 1938).

Im Februar 1928 wurde das Karwendel zum Banngebiet erklärt. Mit 450 km² war es der größte Natur-

schutzpark seiner Zeit in Europa (VEREIN ALPENPARK KARWENDEL 2012).

1. Einführung

23

1.5.2. Lage des Untersuchungsgebiets

Das Untersuchungsgebiet liegt im Lafatschertal, einem Hochtal zwischen der Hinterautal- Vomperket-

te und der Gleirschtaler-Halltalerkette inmitten des Karwendels. Das Lafatschertal verläuft in Ost-

West-Richtung bei einer Länge von etwa 5 km. Im Osten wird es vom Übergang zum Vomper Loch

(Überschalljoch, 1912 m) begrenzt. Die südexponierte Talflanke fällt nach Norden steil ab, wodurch

der Zustieg aus Richtung Norden nicht möglich ist. Im Westen vereinigt sich das Lafatschertal im

Bereich der Kastenalm mit dem parallel im Norden verlaufenden Rossloch zum Hinterautal, das sich in

Richtung Westen ca. 15 km bis Scharnitz erstreckt. Im Süden wird das Hochtal von den steilen Nord-

wänden des Gr. Lafatscher (2696 m) und der Speckkarspitze (2621 m) spektakulär begrenzt. Dazwi-

schen befindet sich mit dem Lafatscher Joch (2081 m) ein Übergang in Nord-Süd-Richtung. Entwäs-

sert wird das Lafatschertal vom Lafatscherbach, der im hinteren Hinterautal in die Isar mündet.

Abb. 12: Lage des Untersuchungsgebiets. Rechts sind die im Gelände aufgenommenen Plots HALc (Wald),

HALb (Waldgrenze) und HALa (Baumgrenze) rot umrandet. Hintergrund links: Hillshade berechnet aus

SRTM-Daten (JARVIS et al. 2007). Rechts: Alpenvereinskarte Karwendelgebirge Mitte, DEUTSCHER ALPENVEREIN

2008 (verändert).

Das beprobte Areal liegt auf einem südexponierten Rücken unterhalb der Sunntigerspitze (2321 m). Es

kann über den Pfad zur Sunntigerspitze unschwer erreicht werden und liegt in unmittelbarer Nähe

zum Melzerdenkmal (1988 m). Am Talboden befinden sich mit der Hallerangeralm und dem Hal-

lerangerhaus zwei geeignete Stützpunkte für mehrtägige Geländebegehungen. Der Zustieg zum Hal-

lerangerhaus aus Richtung Süden über das Lafatscher Joch (2081 m), welches am besten durch das

Halltal erreicht wird, ist mit ca. 2 Stunden mit Abstand der kürzeste. Von Scharnitz durch das Hinter-

autal bis zur Hütte muss zu Fuß mit 4,5 Stunden gerechnet werden. Die Fahrt mit dem Auto bis zur

1. Einführung

24

Kastenalm ist nur mit Genehmigung möglich, kann jedoch problemlos mit dem Rad bewältigt werden.

Von Osten kann das Lafatschertal von Vomperbach durch das Vomper Loch in etwa 7,5 Stunden er-

reicht werden.

Abb. 13: Blick über das Lafatschertal vom Gumpenjöchl (1881 m) aus gesehen. Zu sehen: Lafatscher Nieder-

leger (1), Hallerangeralm (2), Überschalljoch (3), Gamskarspitze (2513 m; 4). Die aufgenommenen Plots

liegen inner- bzw. oberhalb des bewaldeten Hanges in der Bildmitte (Pfeile von oben nach unten: HALa,

HALb und HALc). Foto: Thomas Zieher, 22.04.2011, Richtung Osten.

1.5.3. Naturraum

1.5.3.1. Geologie

Die Tektonik des Karwendelgebirges kann nach HEISSEL (1978) in drei Hauptkomponenten gegliedert

werden. Als unterste Einheit liegt die Lechtaldecke, die das nördliche Karwendelgebirge aufbaut, der

kristallinen Basis auf. Sie wird im Süden von der Karwendelschuppenzone überlagert. Die oberste tek-

tonische Einheit bildet die Inntaldecke, die von der Lechtaldecke im Westen und von der Karwendel-

schuppenzone im Norden, Osten und Süden umgrenzt wird (HEISSEL 1978).

1. Einführung

25

Abb. 14: Geologie in der Umgebung des Untersuchungsgebiets. Die im Gelände aufgenommenen Plots

HALc, HALb und HALa sind rot umrandet eingezeichnet und entfallen größtenteils auf die Raibl Gruppe. Die

Legende enthält die für das Lafatschertal relevanten Einträge. Blatt 118 Innsbruck (Geofast-Karte 1:50.000),

GOLOGISCHE BUNDESANSTALT 2008 (verändert).

Das Untersuchungsgebiet liegt innerhalb der Inntaldecke, die den größten Teil des Karwendels auf-

baut. Sie wird von den anderen tektonischen Einheiten umgrenzt. Die Inntaldecke erstreckt sich in

Nord-Süd-Richtung über maximal 18 km vom Inntal bis zur Angeralm im Karwendeltal. Von der

Fiechter Spitze bis zur Seefelder Senke misst ihre Ost-West-Ausdehnung maximal 33 km. Ihren größ-

ten Tiefgang erreicht die Inntaldecke unter der Gleirsch- Bettelwurfkette (auch Gleirsch- Halltalerket-

te) mit etwa -2000 m (unter dem Meeresspiegel). Die Inntaldecke bildet insgesamt zwölf nordvergente

Großfalten aus, darunter die Gumpenwand-Reps-Hochkanzelantiklinale, auf der das Untersuchungs-

gebiet liegt (HEISSEL 1978). Diese Antiklinale besteht hauptsächlich aus Wettersteinkalk. Daneben

spielen auch die Raibler Schichten (Abb. 14), die den Untergrund für den größten Teil des Untersu-

chungsgebiets bilden, eine große Rolle. Sie bestehen aus Dolomiten, Rauwacken, Sandsteinen und

Mergeln. Der Talboden des Lafatschertales wird von einer Hauptdolomitmulde gebildet. Der am

Überschalljoch entspringende Lafatscherbach folgt zunächst dieser Mulde, die er westlich des Lafat-

scher Niederlegers durchbricht. In der dadurch entstandenen Schlucht stürzt der Bach bis zum Talbo-

den im Bereich der Kastenalm. Die Hauptdolomitmulde verläuft weiter in Richtung Westen und steht

nischenförmig über dem Talboden des Hinterautales an. Im weiteren Verlauf wird sie von der über-

kippten Gleirschfalte überlagert (VARESCHI 1931).

Erratika, die durch einen Seitenarm des Inngletschers nach der letzten Eiszeit abgelagert wurden, sind

im Hinterautal bis etwa 9 km taleinwärts auffindbar. Auch über das 2081 m hohe Lafatscher Joch ver-

1. Einführung

26

lagerte ein Seitenarm des Inngletschers, dessen Oberfläche im Raum Innsbruck auf einer Seehöhe von

etwa 2250 m vermutet wird, silikatisches Gestein nach Norden. Die Erratika im hinteren Hinterautal

könnten ebenso von diesem Seitenarm stammen (MUTSCHLECHNER 1949). Ob ortsfremde Gesteine

flächig oder nur punktförmig abgelagert wurden ist nicht näher beschrieben. Aus eigenen Beobachtun-

gen und der Tatsache, dass in der Literatur von Funden die Rede ist, lässt auf letzteres schließen.

1.5.3.2. Boden

Bezogen auf die geologischen Verhältnisse müsste sich die Bodenentwicklung der nördlichen Kalkalpen

deutlich von jener der Zentralalpen unterscheiden. Allerdings wird das anstehende Gestein des Öfteren

von silikatreichem Moränen- und Terrassenmaterial als auch von Flugsanden überlagert. Daher bilden

sich auch in den Kalkalpen Braunerden, ggf. auch Podsole aus. Braunerden sind flächig bis in die sub-

alpine Stufe auffindbar, nach oben hin treten sie inselartig in Mulden und an flachen Hängen auf. Die

Böden der subalpinen und alpinen Höhenstufe werden von Rendzinen dominiert. Diese können in

Abhängigkeit von der lokalen Ausprägung der bodenbildenden Faktoren als Protorendzina, Pechrend-

zina, Moder- oder Mullrendzina auftreten. Aufgrund der starken Solifluktion sind auch Stockwerkbö-

den anzutreffen (NEUWINGER 1970).

Rendzinen zeichnen sich durch das Fehlen des B-Horizontes aus (A-C-Boden). Der braunschwarz bis

schwarz gefärbte A-Horizont liegt direkt auf dem C-Horizont, der meist aus festem Carbonatgestein

besteht, auf (BLUM 2007). Im Untersuchungsgebiet wurde auf die genauere Untersuchung des Bodens

verzichtet. Da einige Bäume im Folgejahr der Geländebegehung entwurzelt wurden (Punkt 1.5.5.) war

der Boden an einigen Stellen aufgeschlossen. An diesen Stellen lag eine flachgründige Rendzina auf

Schuttmaterial vor.

1.5.3.3. Vegetation

Die im Untersuchungsgebiet anzutreffende Waldvegetation ist dem Karbonat-Lärchen-Zirbenwald

(nach MAYER 1974) zuzurechnen, obwohl dieser in Hanglagen nicht so gut ausgeprägt ist wie bei-

spielsweise auf den Plateaugebirgen des Salzkammergutes (SCHIECHTL et al. 1987, MAYER 1974).

Diese Waldgesellschaft tritt vor allem in den Randalpen auf, da sie an karbonatisches Grundgestein

gebunden ist. Gewöhnlich erstrecken sich ihre Vorkommen zwischen 1800 und 2100 m. Charakteris-

tisch ist der mosaikartige Aufbau des Karbonat-Lärchen-Zirbenwaldes. Neben etablierten Waldgesell-

schaften kommen auch initiale Zwergstrauchheidenelemente, Latschen und Kalkschuttpioniere (Be-

wimperte Alpenrose - Rhododendron hirsutum, Zwerg-Mehlbeere - Sorbus chamaemespilus) vor

(SCHIECHTL et al. 1987, MAYER 1974).

Auf südexponierten Rücken (vgl. Untersuchungsgebiet) mit flach- bis mittelgründigen Rendzinen do-

miniert die Lärche vor allem in aufgelockerten Beständen. Die Wuchsleistung ist dabei nur mäßig (10-

15/20 m). Zudem können Spitzfichten untergeordnet vorkommen. An Standorten mit zu flachgründi-

gem Boden wird der Karbonat-Lärchen-Zirbenwald durch einen Latschen-Buschwald ersetzt (MAYER

1. Einführung

27

1974). Oberhalb der Waldgrenze ist vielerorts im Karwendel ein Legföhrengürtel ausgebildet. Auf

Schutthalden und in Lawinenstrichen reichen diese Bestände oft bis an den Talboden (SCHIECHTL et

al. 1987).

Die Sukzession des (Karbonat-) Lärchen-Zirbenwaldes kann nach MAYER (1974) grob in drei Ent-

wicklungsstadien gegliedert werden:

• Lärchen-Initialphase

• Lärchen-Zirben-Optimalphase

• Zirben-Terminalphase

Die Lärchen-Initialphase kann natürlich (gravitative Massenbewegungen, Waldbrand, Windwurf) oder

anthropogen (Kahlschlag, Beweidung, Schwendung des Unterwuchses) bedingt sein. Während der

Initialphase kommen meist einschichtige Lärchenbestände auf. Die als Lichtbaumart bekannte Lärche

fungiert als Pionierbaumart. Nach und nach wandern Zirbe und Fichte ein, wodurch schließlich zwei-

schichtige Bestände entstehen. Diese erste Phase der Waldentwicklung dauert auf durchschnittlichen

Standorten etwa 50 bis 200 Jahre. Während der Lärchen-Zirben-Optimalphase wächst der Zirben-

Nebenbestand stetig bis in die Oberschicht hinauf. In diesem Stadium wird bei ausreichender Anzahl

an Bäumen (v.a. des Zirben-Nebenbestandes) ein Leistungsoptimum erreicht. Das verdichtete Kro-

nendach und die damit einhergehende verstärkte Beschattung des Untergrunds verhindert jedoch eine

Lärchenverjüngung. Dieser Umstand und die zunehmende Konkurrenz durch die Zirbe leiten auf

Standorten mit silikatischem Untergrund die Zirben-Terminalphase ein. In dieser Phase setzt sich die

Zirbe endgültig durch und ältere Lärchen fallen nach und nach aus. Dieser Zustand wird nach Mayer

auf Standorten mit karbonatischem Untergrund bzw. auch in Steilhangwäldern auf Silikat nicht er-

reicht. Dort bildet der (Karbonat-) Lärchen-Zirbenwald den Schlusswald. Die Ursache liegt in dem

bereits erwähnten mosaikartigen Aufbau dieser Waldgesellschaft aus ineinander verzahnten Vorkom-

men initialer bis terminaler Standorte (MAYER 1974).

Für das Untersuchungsgebiet ist anzumerken, dass die Dominanz der Lärche mit steigender Seehöhe

abnimmt. Ab etwa 1950 m Seehöhe kommt die Lärche praktisch nicht mehr vor. Ab dieser Höhenlage

wird der Bestand vor allem aus Zirben mit vereinzelten Fichten gebildet.

1.5.3.4. Klima

Nach FLIRI (1975, S. 277ff) kann das Untersuchungsgebiet dem Klimatyp C4sk zugerechnet werden.

Dieser Typ umfasst Gebiete mit einer jährlichen Niederschlagssumme von mehr als 1500 mm und

Jahresmitteltemperaturen zwischen +2 bis -5 °C. Der Niederschlag weist dabei einen kontinentalen

Jahresgang mit Sommermaximum auf. Die Variabilität der jährlichen Niederschlagsmenge ist gering (<

18% Variabilität). Die Besonnung liegt bei ca. 50% (FLIRI 1975).

1. Einführung

28

1.5.3.5. Lufttemperatur

In Gebirgen ist die Lufttemperatur in erster Linie von der Seehöhe abhängig. Für das Untersuchungs-

gebiet wird die Abnahme der Lufttemperatur mit steigender Seehöhe im Monatsmittel in Tab. 1 ange-

geben. Während der Wintermonate nimmt die Lufttemperatur mit steigender Seehöhe in geringerem

Maße ab als während des Sommers. Dies begründet sich im häufigen Auftreten von Inversionen wäh-

rend des Winters. Die absinkende Höhenluft, die sich dabei dynamisch erwärmt, hat im Hochgebirge

ein winterliches Bewölkungsminimum zur Folge, während die Talböden und das Vorland meist unter

ausgedehnten Stratusdecken liegen. Zudem verringert sich die Lufttemperatur in den Tälern aufgrund

der Beschattung durch die flankierenden Gebirgsketten zusätzlich (HENDL 1994).

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Mittel

-0,47 -0,52 -0,59 -0,63 -0,64 -0,64 -0,64 -0,62 -0,58 -0,51 -0,48 -0,47 -0,57

Tab. 1: Monatliches Mittel der Temperaturabnahme je 100 hm basierend auf linearer Interpolation tägli-

cher Temperaturmittel der Stationen Zugspitze (2964 m) und Hohenpeißenberg (977 m) über den Zeitraum

von 1900-2011. Datenquelle: DWD 2012.

Da in unmittelbarer Umgebung keine direkten Messwerte der Lufttemperatur zur Verfügung stehen,

wurden Zeitreihen von den Stationen Zugspitze (2964 m, ca. 37 km entfernt; freie Atmosphäre) und

Hohenpeißenberg (977 m, ca. 60 km entfernt) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) für die Rekon-

struktion des täglichen Temperaturmittels auf Seehöhe des Untersuchungsgebietes verwendet (Tab. 2).

Stationsname Stations ID Seehöhe [m] Geogr. Breite Geogr. Länge Seit Bis

Zugspitze 5792 2964 47,4222° 10,9867° 19.07.1900 31.12.2011

Hohenpeißenberg 2290 977 47,8011° 11,0156° 01.01.1781 19.04.1940



Tab. 2: Metadaten der Stationen Zugspitze und Hohenpeißenberg. Datenquelle: DWD 2012.

Die Temperaturmittel wurden durch die lineare Regression der entsprechenden Tagesmittel der beiden

Stationen auf 2000 m Seehöhe interpoliert. Die daraus abgeleiteten monatlichen Temperaturmittel für

die Klimanormalperiode 1961 bis 1990 sowie für den Zeitraum 1981 bis 2010 sind in Tab. 3 aufge-

führt. Mit Ausnahme des Monats September liegen alle Monatsmitteltemperaturen des Zeitraumes

1981-2011 über jenen von 1961-1990.

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahresmittel

1961-1990 -6,5 -6,4 -4,5 -1,4 3,1 6,1 8,4 8,2 6,1 2,8 -2,4 -5,2 0,7

1981-2010 -5,7 -6 -3,8 -0,6 4,1 7 9,4 9,3 6 2,9 -2,2 -4,9 1,3

Tab. 3: Monatsmittel der Lufttemperatur auf 2000 m für die Zeiträume 1961-1990 und 1981-2010 basie-

rend auf linearer Interpolation täglicher Temperaturmittel der Stationen Zugspitze (2964 m) und Hohenpei-

ßenberg (977 m). Datenquelle: DWD 2012.

1.5.3.6. Niederschlag

Das Untersuchungsgebiet befindet sich wie bereits beschrieben inmitten der von Ost nach West verlau-

fenden Gebirgsketten des Karwendelgebirges, die das Inntal im Großraum Innsbruck gegen Norden

hin abschirmen. Daher liegt es bei Nordwest- und Nordwetterlagen im Staubereich der anströmenden

Luftmassen, wodurch hohe Niederschlagssummen erreicht werden. Diese Wetterlagen treten am häu-

1. Einführung

29

figsten gegen Ende des Frühlings und während des Sommers auf. Auf diesen Zeitraum entfällt auch das

Niederschlagsmaximum (HENDL 1994). Nach FLIRI (1974) fallen im Gebiet um Iller-Isar 18,2% des

Jahresniederschlags während der Wintermonate, 22,1% im Frühling, 37,9% während des Sommers

und 21,9% im Herbst (FLIRI 1974). In den hochaufragenden Gipfelpartien fällt auch im Winter wäh-

rend Westwetterlagen staubedingt mehr Niederschlag. Folglich ist der Unterschied zwischen Winter-

und Sommerniederschlagsmenge in diesen Gebieten nicht so groß. Die Niederschlagsmenge entlang

der mitunter tief eingeschnittenen Talböden ist dagegen v.a. von der Ausrichtung der einzelnen Täler

abhängig. Ist ein Tal nach Norden hin geöffnet, ist mit größeren Niederschlagsmengen auch in den

Tallagen zu rechnen (HENDL 1994).

Im Umkreis von 5 km um das Untersuchungsgebiet befinden sich zwei Totalisatoren. Die Nieder-

schlagsmessstation Kastenalm liegt etwa 2,9 km Luftlinie nordwestlich auf 1230 m Seehöhe. Der Tota-

lisator im Halltal (Oberbergstollen) liegt etwa 3,2 km südlich des Untersuchungsgebiets auf 1610 m

Seehöhe. Die Metadaten der Messstationen sind in Tab. 4 aufgelistet.

Stationsname Stations ID Seehöhe [m] Geogr. Breite Geogr. Länge Seit Bis

Kastenalm 119354 1230 47,3711° 11,4369° 29.10.1991 31.12.2010 Halltal (Oberbergstollen) 119453 1610 47,3294° 11,4706° 08.10.1992 31.12.2010

Tab. 4: Metadaten der Niederschlagsmessstationen. Datenquelle: BMLFUW 2012.

An der Station Halltal (Oberbergstollen) fällt pro Monat im Mittel um etwa 23 mm mehr Nieder-

schlag (Tab. 5). Die relativ hohen jährlichen Niederschlagssummen, die entsprechend dem Klimatyp

C4sk 1500 mm übersteigen, werden vor allem aufgrund des erwähnten Nordstaus erreicht. Die im

Untersuchungsgebiet zu erwartende Niederschlagsmenge kann daher für das Wachstum von Bäumen

kein limitierender Faktor sein.

Station Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Summe

Kastenalm 110,6 101,2 121,1 118,6 130,8 172,7 190,8 196,0 126,3 97,9 113,4 110,8 1590,2

Halltal 134,7 123,6 166,3 144,2 141,8 181,1 217,9 214,4 140,5 112,4 145,7 144,6 1867,2

Tab. 5: Mittlerer Monatsniederschlag in mm an den Stationen Kastenalm und Halltal (Oberbergstollen) über

den Zeitraum von 1993 bis 2010. Datenquelle: Hydrographischer Dienst Tirol 2012.

1. Einführung

30

Abb. 15: Lage der meteorologischen Stationen, deren Zeitreihen für die Interpolation der Temperatur (Zug-

spitze, Hohenpeißenberg) und der Abschätzung des zu erwartenden Niederschlags (Kastenalm, Halltal) für

das Untersuchungsgebiet verwendet wurden. Hintergrund: Hillshade berechnet aus SRTM-Daten (JARVIS et

al. 2007).

1.5.3.7. Klimadiagramme

Die in Abb. 16 dargestellten Klimadiagramme der Stationen Kastenalm und Halltal (Oberbergstollen)

sollen den Jahresgang der Monatsmittel von Temperatur und Niederschlag stellvertretend für das Un-

tersuchungsgebiet wiedergeben. Beide Stationen können nach FLIRI (1974) dem Klimatyp C4sk zuge-

rechnet werden. Da an beiden Stationen keine Temperaturaufzeichnungen stattfinden, wurde die Luft-

temperatur auch hier auf die entsprechende Seehöhe interpoliert. Der Jahresgang von Niederschlag und

Temperatur als auch die Variabilität sollte im Untersuchungsgebiet ähnlich verlaufen. Das Nieder-

schlagsmaximum während der Sommermonate bei generell niedriger Niederschlagsvariabilität ist ty-

pisch für diesen Klimatyp. Die Wintertemperaturen könnten aufgrund der auftretenden Inversionen

1. Einführung

31

und der starken Abschattung der umliegenden Gebirgsketten für beide Stationen etwas überschätzt

sein.

Abb. 16: Klimadiagramme für die Niederschlagsmessstationen Kastenalm (a) und Halltal (Oberbergstollen)

(b). Die Lufttemperatur wurde durch die lineare Regression der täglichen Temperaturmittel der Stationen

Zugspitze und Hohenpeißenberg auf die entsprechende Seehöhe interpoliert und die Monatsmittel gebil-

det. Alle Mittelwerte beziehen sich auf den Zeitraum von 1993 bis 2010. Datenquelle: Hydrographischer

Dienst Tirol 2012, DWD 2012.

1.5.4. Kulturraum

1.5.4.1. Nutzungsgeschichte

Das Karwendelgebirge ist seit jeher aufgrund seiner Topographie und der vorherrschenden Witterungs-

lage nur spärlich besiedelt. Bis heute gibt es keine Möglichkeit das Karwendelgebirge mit dem PKW zu

queren. Im Inneren der Gebirgsgruppe befinden sich lediglich im Risstal ganzjährig bewohnte Dörfer,

Weiler und Einzelhöfe. Am Gebirgsrand liegen mehrere dauerhafte Siedlungen, von denen aus die

Almen und Hochleger in den einzelnen Tälern im Sommer bestoßen werden (STOLZ 1938, Karte

Karwendelgebirge (Nr. 26), KOMPASS-KARTEN 2011).

Vereinzelte Funde bezeugen eine Nutzung der Hochflächen innerhalb des Karwendelgebirges bereits in

der Vorgeschichte. Während der Römerzeit gehörte das Karwendel politisch zur Provinz Rätien im

römischen Reich. Einige Flurnamen, die dem Romanischen zugeordnet werden können, deuten auf

Weidewirtschaft noch vor der Einwanderung der Bajuwaren im Zuge der Völkerwanderung im Laufe

des 6. Jhd. und damit dem Aufkommen der deutschen Sprache hin. Der Ausdruck „Lavatsch“ (später

Lafatsch) entstammt beispielsweise dem romanischen Ausdruck „Lappa“, übersetzt „Klette“. Nachdem

die Bajuwaren die Gebiete um das Karwendel besiedelt hatten, übernahmen und erweiterten sie nach

STOLZ (1938) die bestehenden Weideflächen. Vor allem niedriger gelegene Nutzflächen weisen Flur-

namen mit deutscher Wurzel auf (z.B. Kastenalm) (STOLZ 1938).

Das Hinterautal wird um 1330 n.Chr. in Zusammenhang mit Weide- und Holznutzung zum ersten

Mal erwähnt. Einer Urkunde von 1587 n.Chr. nach befanden sich die Almen Laveis und Lafatsch

damals im Besitz der Stadt Hall. Die Laveiser Alm entspricht dem heutigen Lafatscher Hochleger, die

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

0

50

100

150

200

250

Nie

ders

chla

g [m

m]

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Te

mp

era

tur

[°C

]

ba

1. Einführung

32

Lafatscher Alm wurde später zum Haller Anger umbenannt. Die tiefer gelegene Kastenalm befand sich

zu dieser Zeit im Besitz von Milser Bauern und hieß Milser Alm. Demnach wurden diese drei Almen

von Süden aus Hall- und Inntal über das Lafatscher Joch unterhalten. Da sich im Karwendel die po-

tenziell nutzbaren Flächen oft von 1000 bis 2000 m Seehöhe erstrecken, sind die Almen meist in Un-

ter-/Niederleger und Ober-/Hochleger gegliedert (STOLZ 1938).

1.5.4.2. Holznutzung seit dem Mittelalter

Der Bedarf an Grubenholz für das Salzbergwerk in Hall in Tirol konnte nicht im Halltal allein gedeckt

werden. Daher wurden geeignete Hölzer (bergmännisch „Stempel“) im Gleirsch-, Lafatscher- und Hin-

terautal geschlagen und über das Stempel- und Lafatscher Joch zum Bergwerk transportiert. Die gro-

ßen Mengen an Brennholz für den Salzsud wurden durch Hölzer aus dem Inntal und seinen Seitentä-

lern bis hinauf ins Engadin gedeckt. Diese wurden mittels Trift auf dem Inn flussabwärts nach Hall

bzw. flussaufwärts auf Schiffen transportiert (FINSTERWALDER 1937).

Über den Zustand der Wälder im Lafatschertal zu Zeiten des Bergbaus konnten keine genaueren An-

gaben aus der vorliegenden Literatur erhoben werden. Der mit dem lokalen Bergbau verbundene Be-

darf an Gruben- und Brennholz wurde jedoch wahrscheinlich durch lokale Waldbestände gedeckt. Aus

diesem Grund ist das Ausmaß des Rohstoffabbaus und der damit verbundene Grad der Entwaldung

ein wichtiger Aspekt für die Waldentwicklung. Auf Basis vorwiegend älterer Literatur soll ein kurzer

Überblick über die damaligen Aktivitäten gegeben werden.

1.5.4.3. Bergbau im Lafatschertal – „Silberner Hansl“

Zahlreiche verlassene Gruben sind stumme Zeugen aus einer Zeit, zu der das Lafatschertal deutlich

belebter war als heute. Vor allem der Bergzug zwischen Lafatschertal und Rossloch, Reps genannt (von

„Röpps“ für gebrochenes Gestein), erwies sich als durchaus ergiebige Erzlagerstätte (FINSTERWALDER

1937). Die Erze beinhalten vor allem Zinkblende und Bleiglanz, daneben auch Pyrit und Markasit

(SCHULZ 1982). Gesucht wurde zunächst wie in Schwaz nach Silber, wodurch das Gebiet auch den

Namen „Silberner Hansl“ erhielt. Nach WÖß (1936) war Silber ebenfalls im Erz enthalten. Bereits

1501 wird der Bergbau im Lafatschertal erwähnt. Da das Erzlager gemeinschaftliches Gut war, konnten

die Bergleute eigene Stollen unterhalten. Neben Bauern aus der Umgebung, erwarben auch Knappen

aus den umliegenden Gruben sowie die Fugger Schürfrechte. Der Vortrieb erfolgte mit Schlögel und

Eisen, zudem war auch das Feuersetzen eine gängige Methode. Bis Ende des 17. Jhd. wurden so insge-

samt etwa 10 km Stollen angelegt. Oberhalb des Melzer-Denkmales sind Überreste eines Gebäudes zu

finden, das nach WÖß (1936) zu Zeiten der Fugger als Schlafstätte für Knappen oder Hirten gedient

hat (WÖß 1936). MUTSCHLECHNER (1949) schreibt von ehemaligen Knappensiedlungen im Bereich

des Repskammes (MUTSCHLECHNER 1949). Entlang des Reps führte ein Saumpfad, auf dem das Erz

auf Maultieren abtransportiert wurde. Nach WÖß (1936) wurde auch im Bereich des Repsjoches ge-

schmolzen (oberhalb des Melzerdenkmales), im Nahbereich des hier behandelten Untersuchungsgebie-

1. Einführung

33

tes (innerhalb HALa). Die Metalle und auch Roherz wurden entweder über Scharnitz nach Bayern

gebracht oder über das Lafatscher Joch nach Hall transportiert. Ende des 17. Jhd. gab man den Berg-

bau weitgehend auf, lediglich lokal ansässige Bauern schürften weiterhin. Im Jahr 1840 entdeckte man

das Gebiet neu und versuchte mit Bohrern und Sprengmitteln Erz in größeren Mengen abzubauen

(WÖß 1936). Heute sind entlang der Reps ca. 150 Mundlöcher dieser alten Gruben bis in etwa

2100 m Seehöhe zu finden. Bis in die 1960er Jahre wurde oftmals versucht, den Erzabbau wieder auf-

zunehmen. Zuletzt wurde von der Bleiberger Bergwerksunion von 1951 bis 1963 mit Unterfahrungen

(Stefanie-Stollen) von der Kastenalm aus Erz geschürft. Der Abbau rentierte sich letztendlich aufgrund

der damals niedrigen Metallpreise und der hohen Löhne und Lohnnebenkosten nicht mehr. Momen-

tan ruht der Bergbau im Bereich der Kastenalm, die Lagerstätte hat mit einer Vererzung über mindes-

tens 1000 hm (Höhenmeter) aber nach wie vor Potenzial (FRIEDRICH 1964, SCHULZ 1982).

Über den Holzbedarf für das Schmelzen des Metalls sowie für die Gruben selbst, wird in der verwende-

ten Literatur keine nähere Angabe gemacht. Aufgrund der verbreiteten Landschaftsnamen, welche den

Wortteil „Kohler“ enthalten (Kohleralm, Kohlplatz, Kleine und Große Kohlerrinne) kann davon aus-

gegangen werden, dass der Waldbestand im Lafatschertal zu Zeiten des Bergbaus intensiv genutzt wur-

de.

1.5.5. Windwurf Frühjahr 2012

Bei einer Begehung des Untersuchungsgebietes am 02.06.2012 wurde festgestellt, dass etliche Bäume

innerhalb des lokalen Waldbestandes, wie auch innerhalb der beprobten Plots in der Zwischenzeit

entwurzelt wurden. Da vor allem gut gewachsene erwachsene Individuen betroffen waren, kann keines-

falls von einem „alltäglichen“ Ereignis ausgegangen werden. Auf einer gewonnenen Holzprobe mit

Waldkante waren noch keine Frühholzzellen ausgebildet. Aus diesem Grund muss dieses Ereignis vor

der Aktivierung des Kambiums (ca. Anfang bis Mitte Mai) eingetreten sein. Ferner lagen die umge-

stürzten Bäume z.T. auf Altschneeresten auf. Daraus kann geschlossen werden, dass sie nicht vor den

Wintermonaten, sondern wahrscheinlich eher danach umgeworfen wurden. Die entstandenen Auf-

schlüsse als auch die Bruchstellen an Stämmen und Ästen wirkten allgemein sehr frisch.

1. Einführung

34

Abb. 17: Aufnahmen vor (a und b) und nach dem Windwurf (c und d). Die in Abb. a) beschrifteten Individu-

en HALb-00 und HALb-02 in 1988 m Seehöhe wurden entwurzelt (Abb. c), das Individuum HALb-23 (Abb. b)

auf 1973 m stark beschädigt (Abb. d). Aufnahmen a) (Kurt Nicolussi, 12.07.2011) und c) (Thomas Zieher,

02.06.2012) vom Melzer Denkmal Richtung Westen, b) (Thomas Zieher, 28.09.2011) und d) (Thomas Zieher,

02.06.2012) von der Kleinen Kohlerrinne aus Richtung Osten.

Als mögliche Ursachen kommen nach Rücksprache mit dem zuständigen Förster Schneedruck und

Windwurf in Frage (pers. Mitteilung Helmut Lang, 10.07.2012). Aus genannten Gründen kann von

starken Windböen als Ursache ausgegangen werden. Bei einem Vergleich mit den Spitzenwindge-

schwindigkeiten der Station Zugspitze (2964 m) für den Zeitraum von Juli 2011 bis Ende Mai 2012

(Abb. 18) ist vor allem der Föhnsturm vom 28. und 29. April auffällig. An beiden Tagen wurden Spit-

zengeschwindigkeiten von ca. 175 km/h erreicht (DWD 2012). Auf der Station Patscherkofel

(2247 m) wurden 154 km/h gemessen, in Tälern wurden bis zu 89 km/h erreicht (ZAMG 2012). Al-

lerdings lagen alle entwurzelten Bäume hangabwärts gerichtet und damit entgegen der eigentlichen

Windrichtung. Der über das Lafatscher Joch anströmende Föhn könnte jedoch am oberhalb des Un-

tersuchungsgebietes gelegenen Hang einen abwärts gerichteten Rotor ausbilden, der die Position der

umgestürzten Bäume erklären könnte (pers. Mitteilung Hanns Kerschner, 11.07.2012).

1. Einführung

35

Abb. 18: Tägliche Windspitze sowie tägliche mittlere Windgeschwindigkeit an der Station Zugspitze. Daten-

quelle: DWD 2012.

0

40

80

120

160

200

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t [k

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]

182 202 222 242 262 282 302 322 342 362 17 37 57 77 97 117 137

Tagesnummer(Juli 2011 bis Mai 2012)

Tägliche Windspitze

Mittlere tägliche Windgeschwindigkeit

36

2. Methoden

37

2. Methoden

2.1. Dendrochronologie

2.1.1. Ursprung und Teilgebiete

Die moderne Dendrochronologie geht zurück auf Andrew E. Douglass, der zu Beginn des 20. Jhd. den

Einfluss von Sonnenflecken auf das Klima der Erde untersuchen wollte. Er ging davon aus, dass die

Jahrringbreite maßgeblich von der lokalen Niederschlagsmenge abhängt und erstellte in der Folge eine

erste Proxy-Zeitreihe aus Jahrringbreitenwerten. Schnell erkannte er die Anwendungsmöglichkeit der

Jahrringanalyse als jahrgenaue (u.U. saisonal aufgelöste) Datierungsmethode, die zunächst vor allem in

der Archäologie eingesetzt wurde. In Europa wurde die Jahrringanalyse Anfang der 1940er Jahre durch

Bruno Huber eingeführt (FRITTS 1976, CHERUBINI et al. 2004).

Heute können zahlreiche Forschungsrichtungen der Dendrochronologie unterschieden werden. Die

Dendrochronologie im engeren Sinne umfasst alle Teilgebiete, die Hölzer zum Zweck ihrer Datierung

untersuchen (z.B. Dendroarchäologie). Im weiteren Sinne werden der Dendrochronologie alle Teilge-

biete untergeordnet, die Jahrringe und Jahrringabfolgen für die Rekonstruktion früherer Umweltbe-

dingungen untersuchen. Diese Forschungsrichtung wird auch als Dendroökologie (mit den Teilgebie-

ten Dendroklimatologie, -glaziologie, -hydrologie, -geomorphologie, -chemie, etc.) bezeichnet (KA-

ENNEL & SCHWEINGRUBER 1995, SPEER 2010).

2.1.2. Zugrundeliegendes Prinzip – „Crossdating“

Das zentrale Prinzip der Dendrochronologie ist die Möglichkeit des sogenannten „Crossdating“. Da

Bäume des gleichen Standortes sehr ähnlichen Umweltbedingungen ausgesetzt sind, bilden sie ver-

gleichbare Jahrringabfolgen aus. Wenn sich Jahrringserien mit unterschiedlichem Absterbedatum über

eine ausreichend lange Zeitspanne überlappen, können sie aufgrund dieser charakteristischen Abfolgen

relativ zueinander datiert werden. Diese Methode wird auf Basis verschiedener statistischer Kenngrö-

ßen mithilfe von Computerprogrammen angewendet. Anfänglich erfolgte dies vor allem visuell

(FRITTS 1976).

Wichtigste statistische Kenngrößen (nach SCHWEINGRUBER 1983, RINN 1996):

• Gleichläufigkeit (Vorzeichentest): Die Gleichläufigkeit ist ein Maß für die Überein-

stimmung der jährlichen (Jahrringbreiten-) Trends zweier Jahrringabfolgen. Sie wird

als Prozentsatz der gleichgerichteten Intervall-Trends angegeben.

• Weiserintervall-Gleichläufigkeit: Als Weiser-Intervall wird das zeitgleiche Auftreten

von signifikanten Zuwachsänderungen in der Mehrzahl der Jahrringserien beprobter

Individuen eines Standortes bezeichnet. Die Weiserintervall-Gleichläufigkeit be-

schreibt die prozentuelle Anzahl aller Intervalle gleicher Steigung.

2. Methoden

38

• Korrelationskoeffizient: Der Korrelationskoeffizient gibt die Ähnlichkeit zweier Zeit-

reihen anhand des linearen Zusammenhanges der Wertepaare wieder. Der Wertebe-

reich erstreckt sich von -1 (negativer Zusammenhang) bis 1 (positiver Zusammen-

hang). Standardisierte Jahrringserien weisen in der Regel höhere Korrelationen auf.

• t-Werte: Die t-Werte nach BAILLIE & PILCHER (1973; TV BP) und HOLLSTEIN

(1980; TV H) werden durch statistische Testverfahren (t-Test) bestimmt. Der Unter-

schied der beiden Kenngrößen besteht in der verwendeten Methode zur Trendberei-

nigung der Rohdaten. BAILLIE & PILCHER (1973) verwenden ein 5-jähriges gleiten-

des Mittel und den natürlichen Logarithmus. HOLLSTEIN (1980) zieht dafür den so-

genannten Wuchswert, den Logarithmus aus der Division der Jahrringbreite durch die

Jahrringbreite des Folgejahres heran.

• Cross-Date-Index: Der Cross-Date-Index ist eine Kombination aus t-Werten und der

Gleichläufigkeit.

2.1.3. Material

Als Ausgangsmaterial werden entweder Stammscheiben oder Bohrproben verwendet. Der augenschein-

liche Nachteil der Scheiben ist das Dahinscheiden des Baumes. Bohrkerne können in der Regel ohne

gröbere Verletzung des Baumes entnommen werden, bieten allerdings nur einen Teilausschnitt des

Stammquerschnittes. Proben können von lebenden Bäumen, aber auch von subfossilen Hölzern, sowie

aus Balken historischer Gebäude stammen (CHERUBINI et al. 2004).

2.1.4. Messung

Die wesentlichen Messparameter sind Jahrringbreite und Jahrringdichte. Vor allem die Messung der

Jahrringbreite gestaltet sich dabei relativ einfach. Die Stammscheiben oder Bohrkerne werden zunächst

mittels Bandschleifmaschine oder technischer Klinge bearbeitet, um die einzelnen Jahrringe besser

sichtbar zu machen. Anschließend werden die Breitenwerte mittels Binokular und Messtisch und spezi-

ellen Computerprogrammen gemessen und weiterverarbeitet (CHERUBINI et al. 2004).

2.1.5. Standardisierung

Um Jahrringdaten mit Temperaturzeitreihen vergleichen zu können, müssen die Jahrringserien stan-

dardisiert werden. Dieser Arbeitsschritt ist notwendig, um nicht klimatisch bedingte Einflüsse auf das

Wachstum von Bäumen zu isolieren und die dadurch verursachten niederfrequenten Trends zu entfer-

nen. Allem voran gilt es den altersbedingten Wachstumstrend (siehe 1.3.2.4.) zu eliminieren (FRITTS

1976). Dazu können zwei Formen der Standardisierung unterschieden werden. Nach erfolgter Stan-

dardisierung liegen die Jahrringserien als einheitslose Indices vor (SCHWEINGRUBER 1983, COOK et al.

1995).

2. Methoden

39

2.1.5.1. Individuelle Standardisierung – Curve Fitting Standardization

Bei der individuellen Standardisierung wird jede Jahrringserie separat standardisiert. Ziel ist es, nieder-

frequente Trends zu eliminieren und die einzelnen Jahrringserien auf ein vergleichbares Niveau zu

bringen. Dazu wird eine Ausgleichsfunktion, die je nach Fragestellung und Datenmaterial variiert, in

jede Jahrringserie eingepasst und in der Folge entfernt. Dabei wird jedoch nicht zwischen endogenen

biologischen und exogenen klimatischen Einflüssen auf das Wachstum von Bäumen unterschieden.

Diese Standardisierungsmethode wurde in erster Linie für lebende, eher junge Bäume entwickelt

(FRITTS 1976, SCHWEINGRUBER 1983).

2.1.5.2. RCS – Regional Curve Standardization

Die Rekonstruktion längerfristiger Klimatrends, die über die Länge der eingehenden Jahrringserien

hinausgehen, ist mit individuellen Standardisierungsmethoden nicht möglich. Die maximale Wellen-

länge der potenziell in Jahrringserien enthaltenen Trends wird durch die Serienlänge beschränkt. Ein-

facher ausgedrückt kann die Jahrringserie eines Baumes mit einer Lebensdauer von 500 Jahren nicht

den Klimatrend von 1000 Jahren widerspiegeln. Demnach ist die individuelle Standardisierung nicht

geeignet, da Trends, deren Wellenlänge die maximale Serienlänge überschreiten, dadurch entfernt

werden („segment length curse“, COOK et al. 1995, 229ff). Falls die Serienlänge der beprobten Indivi-

duen zudem stark variiert, kann der längerfristige klimabedingte Trend auch nur bedingt extrahiert

werden (COOK et al. 1995). Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde die RCS-Methode

entwickelt. Die Grundidee ist, ein für Standort und Spezies charakteristisches Wachstumsmodell („Re-

gional Curve“) zu erstellen und damit das zu erwartende jährliche Dickenwachstum zu modellieren. Im

Falle eines unruhigen Verlaufs (z.B. aufgrund unzureichender Serienanzahl) muss dieses Modell z.B.

mittels Spline geglättet werden. Im Anschluss wird das (geglättete) Wachstumsmodell zum Entfernen

des altersbedingten Trends aus den einzelnen Jahrringserien verwendet. Längerfristige Trends, die sich

im allgemeinen Wachstumsniveau eines Baumes widerspiegeln, als auch höherfrequente Trends inner-

halb der Serie bleiben dadurch potenziell erhalten (BRIFFA & MELVIN 2010).

Regionale Wachstumskurven wurden in der Forstwirtschaft bereits vor mehr als 100 Jahren angewen-

det. Als eigene Standardisierungsmethode, die speziell auf den Erhalt langfristiger Klimatrends in Jahr-

ringserien abzielt, wurde die „regional curve standardization“ 1992 von BRIFFA et al. (1992, 1996)

eingeführt (BRIFFA & MELVIN 2010).

2.1.6. Dendroklimatologie

Ein Teil der vorliegenden Arbeit kann dem Teilgebiet der Dendroklimatologie zugeordnet werden.

Diese beschäftigt sich allen voran mit Jahrringen als Proxy-Archiv für Klimarekonstruktionen. Ein

zentraler Vorteil gegenüber anderen Archiven (z.B. Eisbohrkerne, Speläotheme, lakustrine Sedimentab-

lagerungen, etc.) ist die vergleichsweise sehr hohe Anzahl an Datenserien, die hohe und konstante zeit-

2. Methoden

40

liche Auflösung, sowie die jahrgenaue Datierung. Zudem kann die Jahrringbreite mit sehr einfachen

Mitteln gemessen werden (FRITTS 1976, HUGHES 2011).

Eine zentrale Annahme ist das bereits 1785 von James Hutton formulierte Uniformitätsprinzip. Es

wird davon ausgegangen, dass sich der Zusammenhang zwischen Umwelt und Proxy über die Zeit

nicht verändert. Die zugrundeliegenden physikalischen und biologischen Prozesse werden daher als

zeitlich konstant angesehen. Nur unter dieser Annahme ist es möglich Jahrringdaten als Proxy für

frühere Klimabedingungen zu verwenden (FRITTS 1976).

2.1.6.1. Skalierung der Jahrringbreitenindices

Falls das Wachstum der beprobten Individuen eines Standortes über eine ausreichend lange Zeitspanne

von einem limitierenden Faktor begrenzt wurde und damit ein in den Jahrringserien enthaltenes Kli-

masignal nahe liegt, können Jahrringdaten mithilfe eines statistischen Modells (Transferfunktion) oder

durch Skalierung mit der Einheit des Klimaelements kalibriert werden. Dabei wird die aufgebaute

Jahrringchronologie mit Zeitreihen von Beobachtungsdaten (z.B. Temperaturzeitreihe) in Verbindung

gebracht. Damit ist es möglich die Temperatur über die bestehenden instrumentellen Aufzeichnungen

hinaus zu rekonstruieren (FRITTS 1976).

2.2. Fernerkundung

2.2.1. Angewendete Methoden - Photogrammetrie

2.2.1.1. Prinzip

Unter Photogrammetrie (Bildmessung) versteht man jene Methoden der Fernerkundung, die über eine

bildhafte Wiedergabe des Untersuchungsobjektes Informationen zu dessen Geometrie und Inhalt erfas-

sen. Dazu wird die von der Erdoberfläche emittierte elektromagnetische Strahlung von einem Sensor

erfasst und anschließend in Bilddaten (Luft- oder Satellitenbild) weiterverarbeitet. Die Daten werden

meist mithilfe entsprechend ausgerüsteter Flugzeuge oder Satelliten gewonnen. In einem zweiten

Schritt ist es meist erforderlich, diese Daten zu entzerren, um durch Aufnahmesystem und Gelände

bedingte Verzerrungen auszugleichen und sie in ein geeignetes geodätisches Referenzsystem zu über-

führen (Orthofoto). Neben geometrischen Informationen kann auch der Inhalt der gewonnenen Bild-

daten ausgewertet werden (ALBERTZ 2007).

2.2.1.2. Klassifizierung von Orthofotos

Für den Vergleich von Orthofotos, die aus Bilddaten mit unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten

generiert wurden, ist es notwendig, diese zuvor auszuwerten. Im Gegensatz zur Bildinterpretation, bei

der Bildinhalte subjektiv durch den Bearbeiter manuell ausgewertet werden, ist die automatisierte digi-

tale Bildauswertung mehr oder minder objektiv und wiederholbar. Das Prinzip der multispektralen

2. Methoden

41

Klassifizierung beruht auf der Unterscheidung verschiedener Landoberflächen anhand ihrer spektralen

Eigenschaften. Im sogenannten Merkmalsraum liegen Messwerte derselben Klasse näher beisammen

und können dieser mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden. Generell unterschei-

det man in überwachte und unüberwachte Klassifizierungsverfahren. Unüberwachte Klassifizierungs-

verfahren unterteilen den Merkmalsraum vollautomatisch in eine gewünschte Anzahl an Klassen. Diese

Verfahren können zur Vorbereitung einer überwachten Klassifikation verwendet werden. Diese wiede-

rum definiert die einzelnen Klassen im Merkmalsraum mithilfe vom Bearbeiter erstellter „Trainingsge-

biete“, die als charakteristisch für die gewünschten Objektklassen angesehen werden. Für die letztendli-

che Zuordnung einzelner Messwerte zu den entsprechenden Klassen können verschiedene Ansätze (z.B.

Maximum-Likelihood-, Minimum-Distance-, Quaderverfahren) verwendet werden (ALBERTZ 2007).

2.2.2. Angewendete Methoden - Laserscanning

2.2.2.1. Prinzip

Laserscanning ist eine aktive Fernerkundungsmethode, die auf der Abtastung von Oberflächen mithilfe

optomechanischer Scanner beruht. Dabei werden Laserpulse in Richtung der zu erfassenden Oberflä-

che abgegeben und jeweils ein oder mehrere reflektierte Signale aufgezeichnet. Das fundamentale Prin-

zip dabei ist stets die Messung der Laufzeit des Laserlichts. Daraus kann die Distanz („range“) zwischen

Scanner und der erfassten Stelle an der Oberfläche berechnet werden. Der ausgesendete Laserstrahl

weitet sich mit zunehmender Entfernung ähnlich einem Lichtkegel auf („beam divergence“). Die ge-

troffene Fläche wird als Abtastfleck („foot print“) bezeichnet. Da ein einzelner Laserstrahl somit nur ein

stark begrenztes „Gebiet“ abtasten kann, ist es notwendig, die Oberfläche mit möglichst vielen Laser-

pulsen ausreichend abzudecken und aufzunehmen. Für eine Ableitung der räumlichen Lage der einzel-

nen Punkte ist es erforderlich, Orientierung und Position des Sensors während der Datenaufnahme

genau zu verfolgen. Neben der Scaneinheit muss daher sowohl die sogenannte „inertial measurement

unit“ (IMU) als auch ein „global positioning system“ (GPS) mitgeführt werden. Als Ergebnis erhält

man eine Punktwolke, die die Oberfläche repräsentiert (BERALDIN et al. 2010, WEHR & LOHR 1999).

2.2.2.2. Generierung eines digitalen Geländemodells

Bezogen auf europäische Wälder dringen zwischen 30 und 65% der emittierten Laserstrahlen durch die

Vegetationsdecke und erreichen den Untergrund (HOSS 1997). Ein zentraler Vorteil von Laserscan-

ning ist damit die Erstellung von digitalen Geländemodellen in Gebieten mit Vegetation (KRAUS &

PFEIFER 1998). Der Einsatz von Laserscanning ist somit sehr gut für forstliche Fragestellungen geeig-

net. In Verbindung mit dem Oberflächenmodell können forstliche Parameter wie Biomasse, Über-

schirmungsgrad, Wuchshöhe oder Kronendurchmesser mit relativ einfachen Mitteln großflächig be-

stimmt werden (MAAS 2010). Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Repräsentation des Unter-

grundes in der Punktwolke sowie geeignete Filterungsverfahren um Bodenpunkte zu identifizieren. In

2. Methoden

42

dieser Arbeit wurde das open-source Tool MCC-LIDAR verwendet, das auf dem Multiscale Curvature

Classification Algorithmus nach EVANS & HUDAK (2007) basiert (TINKHAM et al. 2011).

2.2.2.3. Einzelbaumextraktion

Für forstwirtschaftliche Fragestellungen, die mithilfe von Laserscan-Daten bearbeitet werden sollen, ist

es in der Regel notwendig, einzelne Individuen zu erkennen, abzugrenzen und verschiedene forstliche

Parameter abzuleiten. Für diese Aufgabenstellung können Punktdaten direkt (z.B. MORSDORF et al.

2003), oder daraus abgeleitete Derivate (z.B. SOLBERG et al. 2006) verwendet werden. Aufgrund der

geringeren Komplexität wurde in dieser Arbeit ein Algorithmus für Rasterdaten entwickelt, der auf

einem geometrischen Ansatz beruht.

3. Abschnitt Dendrochronologie

43


3.1. Probengewinnung

Die Probengewinnung fand im Wesentlichen vom 11. bis inkl. 13. Juli 2011 statt. Am 28. September

wurde das Gebiet erneut begangen um fehlerhafte Proben zu ersetzen bzw. fehlende zu ergänzen. Wäh-

rend der drei Tage im Juli wurden, ähnlich wie in der von MOTTA et al. (2006) durchgeführten Unter-

suchung, Plots für die dendrochronologische Beprobung ausgewählt. Diese Methodik schien für die

Fragestellung gut geeignet, da vergangene als auch rezente Veränderungen an der Waldgrenze erfasst

werden können. Das Untersuchungsdesign von MOTTA et al. (2006) sieht vor, erwachsene Individuen

innerhalb von drei repräsentativen Plots von etwa 2000 m² Fläche zu beproben. Dabei sollte ein Plot

an der Baumgrenze, einer an der Waldgrenze und ein weiterer etwa 200 hm unterhalb der Waldgrenze

liegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Plotgrößen von etwa 50x25 m gewählt. Da der Jungwuchs

oberhalb des geschlossenen Waldbestandes nur vereinzelt auftritt, konnte der entsprechende Plot nicht

eindeutig abgegrenzt werden. Die einzelnen Individuen stocken ausnahmslos innerhalb von Latschen-

bewuchs, der Schutz vor Wildverbiss zu bieten scheint. Im Lafatschertal treten Wildschäden aufgrund

der großen Wildpopulation verstärkt auf (pers. Mitteilung Helmut Lang, zuständiger Förster des Re-

viers Telfs, 26.06.2011). Die Proben mussten daher innerhalb eines etwa 300x300 m großen Areals

gewonnen werden. Die Eckdaten der einzelnen Plots sind in Tab. 6 ersichtlich.

Plot Seehöhe Exposition Mittlere

Hangneigung

Grundfläche

(m², unprojiziert)

Individuen (beprobt)

PICE LADE PCAB

HALa (Baumgrenze) 2000 - 2131 S bis SW 30° (300x300 m) 15 (11) 2 (2) 7 (3)

HALb (Waldgrenze) 1950 - 1999 SW 35° 1800 34 (27) 1 (1) 4 (2) HALc (Wald) 1820 - 1850 SW 37° 1250 20 (14) 22 (17) 26 (5)

69 (53) 25 (20) 37 (10)

Tab. 6: Metadaten zu den aufgenommenen Plots. Die mittlere Hangneigung sowie die Exposition wurden

mithilfe eines digitalen Geländemodells (Datenquelle: Amt der Tiroler Landesregierung, Abteilung Geoin-

formation) berechnet.

Plot HALa (Abb. 19) ist ein nach Süden bis Südwesten gerichteter, mäßig geneigter Hang, der nach

unten auf etwa 2000 bis 2050 m von dichtem Latschenbewuchs abgegrenzt wird. Nach oben begrenzt

ein Grat auf rund 2130 m dieses Areal, das großteils von alpinem Rasen bewachsen ist. Inselartig tritt

Latschenbewuchs auf, innerhalb dessen vereinzelt Jungwuchs aufkommt. Hauptsächlich sind Zirben

anzutreffen, untergeordnet kommen junge Lärchen und Fichten vor. Im unteren Hangbereich auf

rund 2000 m stocken einzelne erwachsene Zirben.

Plot HALb (Abb. 20) ist eine nach Südwesten gerichtete mäßig steile Felsrippe, die zur Kleinen Koh-

lerrinne im Westen hin in zwei Stufen etwa 3 m abbricht. Auf Höhe des Melzerdenkmales (1988 m)

geht diese Rippe in den darüber anschließenden Hang (HALa) über. Auf HALb stocken fast aus-

schließlich Zirben. Außer einer Anfang der 1980er Jahre abgestorbenen Lärche, die in der Kleinen


44

Kohlerrinne liegt, sind lediglich vier jüngere Fichten eingestreut. Proben wurden entlang der Felsrippe

bis auf eine Seehöhe von etwa 1950 m auf einer Fläche von ca. 60x30 m gewonnen.

Plot HALc (Abb. 21) befindet sich im östlichen Randbereich des etablierten Waldes zwischen 1820

und 1850 m Seehöhe. Auf dem nach Südwesten gerichteten, mäßig steilen Hang stockt ein Karbonat-

Lärchen-Zirbenwald mit einigen, vor allem jungen Fichten. Der Untergrund ist unruhig und teilweise

mit Latschen bewachsen. Beprobt wurden vornehmlich Lärchen und Zirben auf einer Fläche von ca.

50x25 m.

Abb. 19: Positionen der auf Plot HALa aufgenommenen Individuen. Orthofoto und Höhenlinien: Amt der

Tiroler Landesregierung, Abteilung Geoinformation.

Um die einzelnen Individuen auch später im Gelände identifizieren zu können, wurden Stützpunkte

bzw. die Eckpunkte der Plots HALb und HALc per GPS-Gerät (Garmin GPSMAP 60CSx) eingemes-

sen. Daraufhin wurde jedes Individuum relativ zu diesen Referenzpunkten mit Maßbändern vermes-

sen. Die Lagegenauigkeit der Referenzpunkte liegt der Ungenauigkeit des GPS-Gerätes entsprechend

bei etwa ±5 m. Innerhalb der Plots HALb und HALc aufgenommene relative Positionen sind wesent-

lich genauer und weichen ggf. im Dezimeterbereich ab (Abb. 20 und Abb. 21). Aufgrund der Abstände

zueinander und dem daraus resultierenden auffälligen Muster, ließen sich die groß gewachsenen Indi-

viduen auch im Orthofoto erkennen. Die beprobten Individuen innerhalb des Plots HALa wurden

einzeln per GPS vermessen (Abb. 19).


45

Abb. 20: Verortung der in Plot HALb aufgenommenen Individuen. Von 30 erwachsenen Individuen (inkl. der

abgestorbenen Lärche HALb-TOT) konnten Bohrproben entnommen werden (orange gekennzeichnet), der

Jungwuchs wurde mittels Triebzählung aufgenommen. Im Gelände wurden vier Stützpunkte mittels GPS-

Gerät (Garmin GPSMAP 60CSx) eingemessen (Lagegenauigkeit ca. ±5 m). Die Vermessung der einzelnen

Individuen erfolgte relativ zu den Stützpunkten per Maßband und ist damit in sich genauer (Größenordnung

Dezimeter). Die beiden etwa 3 m hohen Abbrüche zum östlichen Ausläufer der Kleinen Kohlerrinne sind mit

der Böschungs-Signatur eingezeichnet.

0 m 10 m 15 m 20 m 25 m

50 m

45 m

40 m

35 m

30 m

25 m

20 m

15 m

10 m

5 m

0 m

30 m

55 m

60 m

65 m

5 m

Standort: Hallerangerhaus

Aufnahmedatum: 12.07.2011

Exposition: SO

Durchschnittliche Hangneigung: 35°

Projektion: UTM 32T/WGS84

GPS-Genauigkeit: ca. ±5 m

Berg

Tal

N

Larix decidua

Pinus cembra

Picea abies

Pinus mugo

Probennahme

Totholz

Geländekante, Böschung

Unsicherheitsbereich GPS

1 m

5 m

2 m

Baumart

PICE

PCAB

LADE

7

2

0

34

4

1

27

2

1

JungwuchsbeprobtAnzahl

HALb-371964 m0686599 O5248324 N

HALb-001987 m0686649 O5248355 N

HALb-221968 m0686619 O5248347 N

HALb-321968 m0686601 O5248314 N

HALb-03

HALb-01

HALb-05

HALb-22

HALb-04

HALb-07

HALb-06

HALb-00

HALb-02

HALb-08

HALb-09

HALb-10

HALb-11

HALb-12 HALb-13

HALb-14

HALb-15

HALb-16

HALb-17

HALb-18

HALb-19

HALb-20

HALb-23

HALb-37

HALb-21

HALb-33 HALb-34

HALb-35

HALb-36

HALb-24

HALb-32HALb-31

HALb-30

HALb-29

HALb-27

HALb-28

HALb-25

HALb-26

HALb-TOT

Melzer Denkmal ca. 20 m; 1988 m.ü.A.

Kl

ei

ne

Ko

hl

er

ri

nn

e(

Os

t)


46

Abb. 21: Verortung der in Plot HALc aufgenommenen Individuen. Von 36 erwachsenen Individuen (inkl. des

aufrecht stehenden Stammes der abgestorbenen Lärche HALc-65) konnten Bohrproben entnommen wer-

den (orange gekennzeichnet), der Jungwuchs wurde mittels Triebzählung aufgenommen. Nicht alle aufge-

nommenen erwachsenen Individuen wurden beprobt. Die Eckpunkte des Plots wurden mittels GPS-Gerät

(Garmin GPSMAP 60CSx) eingemessen (Lagegenauigkeit ca. ±5 m). Die Vermessung der einzelnen Individu-

en erfolgte relativ zu den Eckpunkten per Maßband und ist damit in sich genauer (Größenordnung Dezime-

ter).

Die Untersuchung sah die Beprobung lebender Individuen vor, nur in zwei Fällen wurde Totholz be-

probt (HALb-TOT, liegend; HALc-65, stehend). Um den Schaden am Baum so gering wie möglich zu

halten, wurden Bohrproben entnommen. Der verwendete Zuwachsbohrer, der auf eine Entwicklung

von Max R. Pressler aus dem Jahr 1866 zurückgeht (Pressler 1866), ermöglicht die Entnahme von

Bohrproben mit einem Durchmesser von 5 mm und maximal 400 mm Länge. In Fällen in denen diese

0 m 5 m 10 m 15 m 20 m

50 m

45 m

40 m

35 m

30 m

25 m

20 m

15 m

10 m

5 m

0 m

25 m

Standort: Hallerangerhaus

Aufnahmedatum: 13.07.2011

Exposition: SO

Durchschnittliche Hangneigung: 37°

Projektion: UTM 32T/WGS84

GPS-Genauigkeit: ca. ±5 m

Berg

Tal

N

P1 P2

P3 P4

1850 m0686525 O5248157 N

1849 m0686547 O5248147 N

1820 m0686493 O5248129 N

1820 m0686512 O5248110 N

Larix decidua

Pinus cembra

Picea abies

Pinus mugo

Probennahme

Totholz

Unsicherheitsbereich GPS

1 m

5 m

2 m

Baumart

PICE

PCAB

LADE

4

19

0

20

26

22

14

5

17

JungwuchsbeprobtAnzahl

HALc-03

HALc-53

HALc-51

HALc-46

HALc-45

HALc-44

HALc-34

HALc-33

HALc-32HALc-31

HALc-25

HALc-23

HALc-21HALc-19

HALc-17

HALc-16

HALc-15

HALc-13

HALc-12

HALc-09

HALc-06

HALc-60

HALc-59

HALc-57

HALc-54

HALc-61

HALc-05

HALc-58

HALc-55

HALc-50

HALc-49

HALc-48

HALc-40

HALc-38HALc-37

HALc-36

HALc-28

HALc-26

HALc-18 HALc-11

HALc-10

HALc-08

HALc-07

HALc-62

HALc-63

HALc-65

HALc-01

HALc-56

HALc-52

HALc-47

HALc-43

HALc-42

HALc-41

HALc-39

HALc-35

HALc-30HALc-29HALc-27

HALc-24

HALc-22

HALc-20

HALc-14

HALc-04

HALc-02

HALc-67

HALc-68

HALc-66

HALc-64


47

Länge ausreichte, wurde das Individuum durchbohrt. Bei dickeren Individuen wurden gegenüberlie-

gend zwei Bohrkerne auf gleicher Höhe (Brusthöhe) entnommen.

Um den Zeitpunkt des Aufkommens zu erhalten, wäre eine Beprobung auf Höhe des Wurzelansatzes

notwendig. Der entnommene Bohrkern würde im Idealfall den ersten vom Individuum ausgebildeten

Jahrring enthalten und damit das Aufkommen relativ datieren. Aufgrund des Bohrhebels ist es aller-

dings nicht möglich auf Höhe des Wurzelansatzes zu beproben. Zudem ist der Stammquerschnitt

knapp über dem Wurzelansatz in der Regel unregelmäßig und nicht symmetrisch ausgebildet, wodurch

die Jahrringbreite verfälscht wird. Aus diesen Gründen wird die Beprobung in der Regel auf Brusthöhe

(etwa 1,2 m über dem Wurzelansatz) durchgeführt. In der Folge muss das Jahr des Aufkommens abge-

schätzt bzw. modelliert werden (Punkt 3.5.). In Hanglagen kommt es dazu aufgrund von mechani-

schen Belastungen (z.B. Schneedruck) des Öfteren zur Ausbildung von Reaktionsholz. Da durch die

Bildung von Reaktionsholz die Jahrringbreite verändert und damit das klimatische Signal überlagert

wird, werden Bohrproben gewöhnlich von der hangparallelen Seite entnommen (SCHWEINGRUBER

2001). Die Bohrkerne wurden einzeln in Bohrkernhülsen aus Karton aufbewahrt und an Ort und Stel-

le entsprechend beschriftet. Zudem wurden im Gelände folgende Parameter für jedes Individuum auf-

genommen und in einem vorgefertigten Datenblatt notiert:

• Absolute Position relativ zu den Eckpunkten des jeweiligen Plots

• Seehöhe (barometrisch; GPSMAP 60CSx)

• Spezies

• Bohrhöhe

• Stammdurchmesser auf Bohrhöhe

• Wuchshöhe

• Kronendurchmesser

• Kronenansatz

Wuchshöhe und Kronenansatz wurden wenn möglich mittels Inklinometer gemessen, der Kronen-

durchmesser mittels Zollstock bzw. Maßband. Im dichteren Bestand auf Plot HALc war dies allerdings

nur eingeschränkt möglich. Infolge dessen wurden diese Parameter oftmals geschätzt. Zusätzliche In-

formationen über Wuchsform, Dominanz, Kernfäule oder Schäden wurden im Datenblatt ergänzt.

Das Alter von Jungwuchs, der aufgrund seines geringen Alters nicht mittels Zuwachsbohrer beprobt

werden konnte, wurde mithilfe der Triebzählung bestimmt. Da ein Nadelbaum jährlich einen Trieb in

vertikaler Richtung (Apikalzuwachs) und dazugehörig ein seitliches Trieb-Paar ausbildet, kann über die

Zählung dieser Trieb-Paare auf das Alter des Individuums geschlossen werden (LEIBUNDGUT 1970).

Diese Methode ist allerdings ungenau, da sich nicht feststellen lässt wann der erste seitliche Trieb aus-

gebildet wurde. Mit fortschreitendem Alter wird es zudem schwieriger, die Trieb-Paare korrekt zu zäh-

len. In Plot HALc konnte aufgrund von Schäden nicht an allen jungen Fichten eine aussagekräftige

Triebzählung durchgefüht werden.


48

3.2. Präparierung

Die Bohrkerne wurden zunächst im Jahrringlabor des Instituts für Geographie sortiert und auf Voll-

ständigkeit geprüft. Gebrochene Bohrkerne mussten sorgfältig zusammengesetzt und fixiert werden.

Für die Betrachtung unter dem Mikroskop war es notwendig, die Jahrringgrenzen entsprechend her-

vorzuheben. Dazu wurde der Bohrkern in einen Probenhalter eingespannt, befeuchtet und mit einer

technischen Klinge quer zur Ausrichtung der Tracheiden bearbeitet. Zur Verbesserung des Kontrasts ist

es üblich die Probe mit Kreidestaub einzureiben. Dieser dringt in die einzelnen Zellen ein und hebt

dadurch den Unterschied zwischen Früh- und Spätholzzellen hervor (SCHWEINGRUBER 1983).

3.3. Messung

Die Jahrringbreiten der präparierten Proben wurden während des Sommers und im Herbst 2011 mit-

tels Messtisch (Modell: Lintab V; 1 µm Messgenauigkeit) und Mikroskop (Modell: Olympus SZ60;

10- bis 63-fache Vergrößerung) gemessen. Der Schlitten des Messtisches ist manuell zu bedienen, die

Abgrenzung der einzelnen Jahrringbreiten erfolgt über einen externen Fußtaster. Das elektrische Signal

des Messtisches wird über die serielle Schnittstelle auf den PC übertragen und mit dem Programm

TSAP (Time Series Analysis and Presentation, RINN 1996) verarbeitet. Zusätzlich zur Jahrringbreite

wurden Frostringe (nach Zeitpunkt des Auftretens während der Vegetationsperiode) und Jahre mit

Druckholzausbildung dokumentiert. Sämtliche Bohrkerne wurden mindestens zweimal gemessen, um

Fehler von Beginn an auszuschließen. Da dieses Messprinzip jedoch auf dem visuellen Erkennen der

Jahrringgrenzen beruht, ist es dementsprechend subjektiv. Die Genauigkeit des Messtisches (10-3 mm)

kann nicht erreicht werden.

3.4. Kontrolle

Alle gemessenen Jahrringserien wurden mehrstufig auf ihre Vollständigkeit und Richtigkeit hin über-

prüft. Als mögliche Fehlerquellen kamen Messfehler und Jahrringausfälle in Frage. Serien, die vom

selben Individuum stammten, wurden zunächst auf ihren Verlauf hin geprüft, um Messfehler auszu-

schließen. Jahrringausfälle, wie sie unter extremen Bedingungen vorkommen können, konnten durch

einen anschließenden Vergleich mit bestehenden regionalen Zirben-, Lärchen- und Fichtenchronolo-

gien (vgl. NICOLUSSI 2006) aufgespürt werden. Zudem wurde aus ausgewählten Serien eine vorläufige

lokale Chronologie erstellt, die ebenso als Referenz diente. Dieser Vergleich erfolgte mit dem Pro-

gramm TSAP auf Basis der relevanten statistischen Werte als auch visuell. Um vor allem die visuelle

Kontrolle zu erleichtern, wurden die Serien mit einem Hochpassfilter (zentriertes 15-jähriges gleitendes

Mittel) standardisiert und damit auf eine einheitliche Skala gebracht. Die korrigierten Einzelserien

wurden anhand der Chronologien absolut datiert und je Individuum gemittelt. Um Datierungsfehler

und Jahrringausfälle endgültig auszuschließen, wurden alle gemittelten und datierten Serien zusätzlich

mit dem in der Dendrochronologie oftmals eingesetzten Programm COFECHA überprüft (HOLMES


49

1983). Die Ergebnisse des Programms zeigten, dass alle Serien des Datensatzes mit einer minimalen

Serienlänge von 100 Jahren vollständig sind und korrekt datiert wurden. Jene Messreihen, die im Jahr

1821 keinen Jahrring enthielten, wurden jedoch meist als problematisch eingestuft. Dies begründet

sich darin, dass der eingefügte Messwert mit 10 µm (für das einfachere Erkennen eines eingefügten

Jahrrings) bis zu fünf Standardabweichungen unterhalb des Mittelwertes liegt. Die am weitesten zu-

rückreichende Serie (HALb-23) konnte aufgrund der nicht vorhandenen Referenz in den ersten Jahr-

zehnten von COFECHA nicht überprüft werden. Die kürzeren Serien weisen aufgrund der kürzeren

Segmentlänge geringere Korrelationen auf. In den meisten Fällen gelang jedoch eine Datierung relativ

zu den längeren Serien. Die verbleibenden Messreihen wurden ein weiteres Mal visuell kontrolliert.

3.5. Bestimmung des Aufkommens

Um den exakten Zeitpunkt des Aufkommens einzelner Individuen erfassen zu können, müsste die

Beprobung wie oben erwähnt auf Höhe des Wurzelansatzes - genauer in der Höhe des einsetzenden

Markes - erfolgen (MOTTA & NOLA 2001). Diese Höhe ist generell schwer bestimmbar und eine Pro-

bennahme aufgrund des Bohrhebels auch nicht möglich. Daher werden Bohrproben meist einheitlich

in Brusthöhe (ca. 1,2 m über dem Boden) gewonnen. Demzufolge kann lediglich das Alter in Brusthö-

he bestimmt werden, sofern der Kern in der Bohrprobe enthalten ist. Meist ist dies nicht der Fall, da

der Kern entweder verfehlt wurde oder das beprobte Individuum kernfaul war. Dementsprechend

musste die Anzahl der fehlenden Jahrringe zum Kern modelliert werden. Die fehlende Anzahl an Jahr-

ringen bis zum Wurzelansatz wurde mithilfe des Zusammenhanges zwischen Wuchshöhe und Kambia-

lalter extrapoliert. In den folgenden beiden Punkten wird das Vorgehen zur Modellierung des Kambia-

lalters sowie die Methodik zur Abschätzung der resultierenden Fehlerbereiche erläutert.

3.5.1. Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Kern („pith offset“)

Wurde der Kern bei der Beprobung verfehlt, ist es notwendig, die Anzahl der fehlenden Jahrringe zu

bestimmen. Dazu wurden die Proben zunächst in drei Kategorien unterteilt: a) Proben in denen der

Kern enthalten ist, b) Proben in denen der Kern nicht enthalten ist, die innersten Jahrringe jedoch

aufgrund einer erkennbaren Krümmung eine unmittelbare Nähe zum Kern vermuten lassen und c)

Proben, die weder den Kern beinhalten, noch eine Krümmung der innersten Jahrringe erkennen lassen

(vgl. MOTTA & NOLA 2001).

Proben der Kategorie a) bedurften keiner Korrektur. Für Proben der Kategorie b) musste zunächst die

Entfernung zum Kern mittels einer Schablone konzentrischer Kreise unterschiedlicher Radii bestimmt

werden. Unter der Annahme eines symmetrischen Wuchses lässt sich durch das Vergleichen der

Krümmung die Entfernung abschätzen. Da jedoch die Jahrringbreiten des fehlenden Teilstückes eben-

so unbekannt sind, müssen auch diese geschätzt werden. Unter Voraussetzung konstanter Wuchsbe-

dingungen kann angenommen werden, dass die fehlenden Jahrringbreiten den Werten der ersten in

der Bohrprobe enthaltenen Jahrringe ähneln. Um auszuschließen, dass eventuelle Ausreißer das Ergeb-


50

nis beeinflussen, ist es für diese Abschätzung üblich, das Mittel der ersten fünf bis zehn Jahrringe zu

verwenden (BRÄKER 1981). Die Anzahl der fehlenden Jahrringe ergibt sich aus der Division des ge-

schätzten Abstandes zum Kern durch das Mittel der ersten fünf Messwerte je Bohrprobe. Dabei gilt

naturgemäß: je größer der Abstand zum Kern, desto ungenauer die errechnete Anzahl an fehlenden

Jahrringen zum Kern.

Abb. 22: Schema der Kernschätzung mit A- und

B-Proben; der Abstand zum Kern (x bzw. y) wird

mit einer Schablone abgeschätzt. Eigene Darstel-

lung.

Um die Unsicherheit dieser Modellierung angeben zu können, wurden A- und B-Proben von 19 Indi-

viduen bezüglich des modellierten Markalters in Brusthöhe miteinander verglichen (Abb. 22). Beide

Proben je Individuum wurden dabei in gleicher Höhe (Brusthöhe) gewonnen. Da die geschätzten Ab-

stände zum Kern x (A-Probe) und y (B-Probe) sowie das Mittel der ersten fünf gemessenen Jahrringe

von A- und B-Proben in der Regel differieren, stimmt auch die Anzahl der extrapolierten Jahrringe

zum Mark JMA und JMB nicht überein. Der Betrag der Differenz beider Alter wurde durch den mittle-

ren geschätzten Kernabstand geteilt und der Mittelwert aller 19 Individuen gebildet (Formel 3.5.1.-1).

Die zugrundeliegenden Daten sind in Tab. 7 angeführt.

�� = ∑ |��|� �

��

Probe

Ø JR-Breite

der ersten fünf JR [mm]

Kern-

schätzung [mm]

Extrapolierte

Jahrringe

Mittelwert der

Kernschätzungen [mm]

(�� + ��)

Differenz der fehlenden Jahr-

ringe |�� − ��|

Mittlerer Feh-

ler je Probe [JR/mm]

A B xi yi JMA JMB

HALa-01 0,79 1,33 2 7 3 5 4,5 2 0,44

HALa-05 1,07 0,75

15 5

14 7 10 7 0,70 HALa-07 1,54 0,53

15 15

10 28 15 18 1,20

HALa-09 2,2 2,01

17 6

8 3 11,5 5 0,43 HALa-15 0,62 0,51

5 0,5

8 1 2,75 7 2,55

HALb-00 0,47 2,32

5 10

11 4 7,5 7 0,93

HALb-05 0,45 0,61

2 7

4 11 4,5 7 1,56 HALb-25 1,62 0,98

10 9

6 9 9,5 3 0,32

HALb-27 2,13 1,65

8 15

4 9 11,5 5 0,43 HALc-01 0,93 1,44

25 30

27 21 27,5 6 0,22

HALc-02 1,63 0,48

20 17

12 35 18,5 23 1,24 HALc-14 1,43 1,43

12 14

8 10 13 2 0,15

HALc-20 2,46 2,07

20 5

8 2 12,5 6 0,48

HALc-24 0,93 1,05

27 20

29 19 23,5 10 0,43

A

B

3.5.1.-1


51

HALc-29 0,94 1,56

22 7

23 4 14,5 19 1,31 HALc-39 2,59 1,43

20 7

8 5 13,5 3 0,22

HALc-48 1,36 0,77

35 15

26 19 25 7 0,28 HALc-55 1,02 0,96

11 14

11 15 12,5 4 0,32

HALc-62 0,74 0,8 16 2 22 3 9 19 2,11

Mittlerer Fehler dM:

0,81

Tab. 7: Datengrundlage zur Berechnung des mittleren Fehlers bei der Modellierung der fehlenden Jahrringe

zum Kern. Durch den Vergleich der A- und B-Proben von 19 Individuen konnte die mittlere Abweichung der

Anzahl an Jahrringen pro Längeneinheit [JR/mm] ermittelt werden.

Die mittlere Abweichung dM für die Modellierung des Markalters in Brusthöhe beträgt 0,81 Jahrringe

pro mm. Dieser Mittelwert wurde für alle nicht kernfaulen Proben herangezogen und mit den jeweili-

gen geschätzten Kernabständen multipliziert. Die resultierende Anzahl an Jahrringen gibt den Fehler-

bereich der Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Kern an. Diese Methode kann allerdings nur

angewendet werden, wenn der Abstand zum Kern abschätzbar ist. Dazu muss die Krümmung ausrei-

chend erkennbar sein.

Bei Proben der Kategorie c), die aufgrund von Kernfäule o.ä. unvollständig sind, kann die Krümmung

zumeist nicht ausreichend nachvollzogen werden. Der Abstand z zum Kern kann in diesem Fall durch

Subtraktion der kumulierten gemessenen Jahrringbreite JBkum vom Radius r des jeweiligen Individuums

abzüglich der Rindenbreite bR errechnet werden (Abb. 23, Formel 3.5.1.-2). Voraussetzung ist Annah-

me eines symmetrischen Wuchses. Für die Bestimmung des Stammdurchmessers (bzw. des Radius r)

wurde der im Gelände erhobene Stammumfang auf Beprobungshöhe herangezogen. Die Breite der

Rinde muss abgezogen werden, da sie nicht in der kumulativen Jahrringbreite JBkum enthalten ist. Für

Lärchen wurde eine mittlere Rindenbreite von 15 mm, für Zirben ein Wert von 10 mm angesetzt.

Diese Werte entsprechen in etwa der Breite der in den Bohrproben teilweise enthaltenen Rinde der

beiden Spezies.

� = � − �� − !

Abb. 23: Schema der Kernschätzung bei kernfau-

len Individuen. Da der Kernbereich fehlt, muss

die Anzahl der Jahrringe für den fehlenden Ab-

stand z zum Kern abgeschätzt werden. Der Ab-

stand z wird durch Subtraktion der kumulierten

gemessenen Jahrringbreite JBkum vom Radius r

des jeweiligen Individuums abzüglich der Rin-

denbreite bR berechnet. Eigene Darstellung.

3.5.1.-2


52

Der Zusammenhang zwischen Jahrringbreite JB und Kambialalter KA kann gut mithilfe der sogenann-

ten Hugershoff-Funktion, eine Kombination aus Polynom- und Exponentialfunktion (Formel 3.5.1.-

3), beschreiben werden (Abb. 24, a).

��#$%& = ' ∗ $%) ∗ *+∗,� + � Anhand der kumulativen Funktion (Abb. 24, b) kann bei bekanntem Abstand z zum Kern näherungs-

weise auf die Anzahl der fehlenden Jahrringe geschlossen werden (BRÄKER 1981). Für diese Abschät-

zung wurde die Mittelkurve eines bestehenden Datensatzes aus 337 Hochlagen-Zirben verwendet, die

ebenfalls auf Brusthöhe beprobt wurden (vgl. BÜNTGEN et al. 2011). Mit dieser Methode kann jedoch

naturgemäß nur das ungefähre Kambialalter errechnet werden.

Abb. 24: Alterstrend von PICE in Brusthöhe an Waldgrenzstandorten. Mittelkurve aus 337 Serien von Hoch-

lagen-Zirben (grün), überlagert mit entsprechender Hugershoff-Funktion (rot) (a) und kumulative Huger-

shoff-Funktion (b). Mithilfe der Funktion kann die jährliche Jahrringbreite JB in Abhängigkeit des Kambialal-

ters KA modelliert werden. Datenquelle: Kurt Nicolussi (vgl. BÜNTGEN et al. 2011).

Für die Fehlerabschätzung der Modellierung der aufgrund von Kernfäule fehlenden Jahrringe wurde

die Standardabweichung des Alters auf Brusthöhe in Abhängigkeit der kumulativen Jahrringbreite

herangezogen. Als Datengrundlage dienten 60 Jahrringserien von in Brusthöhe beprobten Hochlagen-

Zirben, die allesamt den Kern beinhalten (vgl. BÜNTGEN et al. 2011). Damit konnten das mittlere

Alter und die entsprechende Standardabweichung in Abhängigkeit der kumulativen Jahrringbreite

berechnet werden. Je Probe der Kategorie c) wurden diese Werte individuell für die errechnete fehlende

Länge zum Kern berechnet.

3.5.2. Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Wurzelansatz

Durch die Beprobung auf Brusthöhe bleiben die bis zum Erreichen der Beprobungshöhe gebildeten

Jahrringe unberücksichtigt. Um das Jahr des Aufkommens zu erhalten, müssen die Jahrringe bis zum

Wurzelansatz modelliert und vom datierten Markalter auf Beprobungshöhe abgezogen werden. Der aus

den im Gelände erhobenen Daten abgeleitete Zusammenhang zwischen Höhenwachstum und Kam-

bialalter steigt in den ersten Dekaden des Wachstums exponentiell an (Abb. 25). Die resultierende

Funktion (Formel 3.5.2.-1) weist ein Bestimmtheitsmaß von 0,77 auf.

0 100 200 300 400 500

Kambialalter [a]

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

Jahr

ringb

reite

[m

m]

0 100 200 300 400 500

Kambialalter [a]

0

100

200

300

400

Kum

ula

tive

Ja

hrr

ing

brei

te [m

m]

a) b)

JB(KA) = 0,19 KA0,69 * e

-0,02 KA + 0,46

3.5.1.-3


53

Abb. 25: Empirischer Zusammenhang

zwischen Wuchshöhe und Kambialalter.

Aufgetragen sind die im Gelände erho-

benen Daten bis zu einer Wuchshöhe

von 5 m (n=39). Triebzählungen wurden

um fünf Jahre korrigiert.

WH = 1,9613 ∗ $%�,4567

WH steht für die Wuchshöhe, die in Abhängigkeit des Kambialalters KA berechnet werden kann. Über

diesen empirischen Zusammenhang können die fehlenden Jahrringe zwischen Wurzelansatz und Be-

probungshöhe modelliert werden. Da im Untersuchungsgebiet kaum Lärchenjungwuchs auftritt, ist

dieser Zusammenhang für Lärchen nicht bekannt. Folglich wurde als Näherung ebenfalls die gezeigte

Funktion verwendet.

Um die Qualität dieses empirischen Zusammenhangs abschätzen zu können, wird ein Vergleich mit

Angaben aus der Literatur angestellt. MOTTA & DOTTA (1994) errechneten die mittlere Zeitdauer, die

von Zirben und Lärchen an Waldgrenzstandorten benötigt wird, um eine Wuchshöhe von 0,5 m zu

erreichen. Demnach beträgt das mittlere Alter für eine Wuchshöhe von 0,5 m 19,6 Jahre für Zirben

und 11,8 Jahre für Lärchen. Mit dem hier verwendeten empirischen Zusammenhang entspricht eine

Wuchshöhe von 0,5 m einem Alter von 12,8 Jahren. Demnach würden Zirben um etwa sieben Jahre

unterschätzt und Lärchen um ein Jahr überschätzt. Ungeachtet dessen können damit die fehlenden

Jahrringe zum Wurzelansatz (Kambialalter auf Beprobungshöhe) näherungsweise berechnet werden

(Formel 3.5.2.-2).

KA = : ;<�,=5�>

?,@ABC

Das mittlere Alter auf Brusthöhe (WH von 1,2 m) beträgt damit 25,6 Jahre. Für die Abschätzung des

damit verbundenen Fehlers wurde die Standardabweichung des Kambialalters von Bäumen, die gerade

eine Wuchshöhe zwischen 1,0 und 1,3 m (für auf Brusthöhe beprobte Individuen) bzw. 0,2 bis 0,5 m

(bei Probennahme auf niedrigerer Höhe) erreicht hatten verwendet. Die Berechnung erfolgte mithilfe

der von KAUFMANN (2003) erhobenen Daten. Die resultierende Standardabweichung des erhobenen

Alters beträgt 5,29 Jahre auf Brusthöhe (n=43) und 2,67 Jahre auf etwa 0,35 m (n=428).

0 20 40 60 80 100Kambialalter

0

100

200

300

400

500

Wuc

hshö

he [c

m]

3.5.2.-2

3.5.2.-1


54

Für Triebzählungen stellte KAUFMANN (2003) fest, dass zur gezählten Anzahl an Trieb-Paaren im

Mittel fünf Jahre (4,7 ±1,7 a) aufaddiert werden müssen, um das korrekte Alter zu erhalten. Der

Fehlerbereich der korrigierten Triebzählungen wird mit 1,7 Jahren angenommen. Tab. 8 gibt einen

Überblick über die Anzahl der modellierten Jahrringe zum Kern bzw. zum Wurzelansatz sowie der

jeweilige mittlere Fehler je Probenkategorie.

Kategorie Anzahl Mittlere Anzahl an JR (modelliert) Mittlerer Fehler [a]

zum Kern zur Wurzel gesamt zum Kern zur Wurzel gesamt

a) mit Kern 11 - 16,6 16,6 - 3,6 3,6 b) ohne Kern 60 11,7 22,5 34,2 5,0 4,7 9,7

c) kernfaul 12 180,7 27,5 208,2 43,8 5,3 49,1 Triebzählungen 22 - - - - - 1,7

Tab. 8: Mittlere Anzahl an fehlenden Jahrringen (modelliert) und mittlerer Fehler der Altersbestimmung je

Probenkategorie.

3.5.3. Standardisierung der Jahrringserien

Da es für die Beantwortung der Frage nach der Abhängigkeit der Jahrringbreite von der Temperatur

notwendig war, langfristige Klimatrends zu erhalten, kam nur die RCS-Methode in Frage. Der poten-

ziell über ca. 300 Jahre enthaltene Trend, der unter anderem von der stark variierenden Serienlänge

(Tab. 9) verzerrt wird, kann damit besser extrahiert werden.

Spezies Proben-anzahl

Minimale Serienlänge [a]

Maximal Serienlänge [a]

Mittlere Serienlänge [a]

Standard-abweichung [a]

PICE 46 35 318 137 68,5 LADE 18 126 280 247 38,4 gesamt 64 35 318 168 79,1

Tab. 9: Metadaten der für die RCS-Methode verwendeten Jahrringserien.

Die für die RCS-Methode benötigte regionale Wachstumskurve (Regional Curve) wird durch Mitte-

lung aller Jahrringserien der gleichen Spezies, sortiert nach Kambialalter (erstes Wachstumsjahr = Jahr

1) errechnet. Sie gibt den standortspezifischen Alterstrend wider. Da die Wachstumskurve auch mit der

Beprobungshöhe variiert, kamen dazu lediglich Jahrringserien von Individuen, die auf Brusthöhe (zwi-

schen 0,8 und 1,4 m; PICE: 46 Serien, LADE: 18 Serien) beprobt wurden, in Frage. Aufgrund der zu

geringen Probenanzahl blieb die Fichte unberücksichtigt. Um die Position von Proben, bei denen der

Kern verfehlt wurde, relativ zum Markalter auf Brusthöhe zu korrigieren, musste der jeweilige model-

lierte Anzahl an fehlenden Jahrringen (Punkt 3.5.1.) berücksichtigt werden. Nach ESPER et al. (2009)

hat dieser Abstand keine Auswirkungen auf das Ergebnis der Standardisierung mittels regionaler

Wachstumskurve. Vor dem Hintergrund der relativ geringen Probenanzahl ist jedoch davon auszuge-

hen, dass die Form der Wachstumskurve sehr wohl durch die Berücksichtigung des Kernabstandes

beeinflusst wird (BRIFFA & MELVIN 2010).

Die Standardisierung erfolgte mithilfe des Programms TomB1, das verschiedene Varianten der RCS-

Methode implementiert hat. Das empirische Wachstumsmodell wurde unter Berücksichtigung der

Kernabstände mithilfe einer variablen Splinefunktion geglättet. Die Flexibilität der verwendeten Spli- 1 Autor: Thomas M. Melvin, University of East Anglia, Norwich/UK.


55

nefunktion verringert sich mit zunehmendem Kambialalter. Damit wird gewährleistet, dass sie wäh-

rend der Jugendphase ausreichend flexibel ist, um dem bewegten Verlauf folgen zu können. Dagegen

sind im fortgeschrittenen Alter keine großen Änderungen (insbesondere kein Zunehmen der Jahrring-

breite) des bauminhärenten Alterstrends zu erwarten. In diesem Altersabschnitt soll die Splinefunktion

dem Verlauf mit zunehmender Steifigkeit nur noch bedingt folgen (MELVIN et al. 2007).

3.6. Ergebnisse

Um die eingangs gestellten Fragen beantworten zu können, wurden die im Gelände gewonnenen Da-

ten wie beschrieben aufbereitet und nach verschiedenen Gesichtspunkten ausgewertet. In den folgen-

den Punkten sollen nach einem Überblick über das aufbereitete Datenmaterial diese Fragestellungen

anhand der Ergebnisse diskutiert und beantwortet werden.

3.6.1. Ausgewertete Jahrringdaten - Übersicht

Insgesamt wurden an den Bohrproben von 83 Individuen 12.014 Breitenwerte gemessen. Lediglich die

Serien eines Individuums (HALb-26; weniger als 100 Jahrringe) konnten nicht weiter verwendet wer-

den, da aufgrund auskeilender Jahrringe keine eindeutigen Messungen möglich waren. Tab. 10 gibt

einen Überblick über relevante Mittelwerte des gewonnenen Datenmaterials vor der Standardisierung.

Die Anzahl der zugrundeliegenden Jahrringserien (n) in den beiden rechten Spalten ist ident und dient

lediglich der besseren Lesbarkeit.

Plot Seehöhe Mittlere Jahrringbreite [mm], (n) Mittlere Serienlänge, (n)

PICE LADE PCAB PICE LADE PCAB

HALa (Baumgrenze) 2000 - 2131 1,29 (11) 1,22 (2) 1,10 (3) 65,6 (11) 14,5 (2) 29,0 (3) HALb (Waldgrenze) 1950 - 2000 1,12 (27) 0,39 (1) 1,23 (2) 120,7 (27) 248 (1) 51,5 (2) HALc (Wald) 1800 - 1850 0,91 (14) 0,58 (17) 1,10 (5) 179,8 (14) 247,2 (17) 154,4 (5)

1,09 (52) 0,63 (20) 1,13 (10) 124,9 (52) 223,9 (20) 96,2 (10)

Tab. 10: Mittlere Jahrringbreite und Serienlänge je Spezies bzw. Plot.

Die mittlere Jahrringbreite der beprobten Zirben liegt mit 1,09 mm bei 52 Datenserien etwas höher als

der Wert von 0,94 mm, den NICOLUSSI (1990) für Hochlagenzirben in den Ötztaler Alpen angibt.

Zur mittleren Jahrringbreite der einzelnen Plots bleibt neben der z.T. geringen Probenanzahl zu be-

merken, dass das Alter bzw. die Anzahl der ausgebildeten Jahrringe der Individuen unberücksichtigt

bleibt. Da beprobte Individuen der oberen Beprobungsareale (HALa, HALb) generell jünger sind als

jene des unteren Plots (HALc), muss auch ihr gegenwärtiges Jahrringbreitenmittel dementsprechend

höher sein. Dies begründet sich durch den stärkeren Einfluss der Jugendphase, in der grundsätzlich

höhere Zuwächse erzielt werden. Demnach geben diese mittleren Breitenwerte (v.a. bei der Zirbe)

keinen Trend zu höheren Wachstumsniveaus in höheren Lagen wider, sondern verdeutlichen lediglich,

dass höher gelegene Bäume innerhalb des Untersuchungsgebietes tendenziell jünger sind. Auch die

mittlere Serienlänge, die mit der Seehöhe signifikant abnimmt, unterstreicht diese Aussage. Dabei muss

allerdings beachtet werden, dass die Altersverteilungen der drei Spezies innerhalb der Plots stark variie-


56

ren und die Serienlänge nicht die gesamte Lebensdauer des jeweiligen Individuums widergibt. Zudem

waren in erster Linie ältere Zirben meist kernfaul, was die Serienlänge zusätzlich verringert.

3.6.2. Raumzeitliche Entwicklung von Baum- und Waldgrenze im Lafatschertal

Um den postulierten Zusammenhang zwischen der Höhenlage der Baumgrenze und der Temperatur

nachzuweisen, wurde die Entwicklung der Baumgrenze entsprechend der damit verbundenen Definiti-

onen einer Mindesthöhe für erwachsene Individuen rekonstruiert. Es galt, jenen „Zeitpunkt“ zu be-

rechnen zu dem das jeweils höchstgelegene Individuum eine Wuchshöhe von 2 m erreichte. Dies er-

folgte mithilfe des in Punkt 3.5.3. beschriebenen Zusammenhangs von Kambialalter und Wuchshöhe.

Die Entwicklung der (klimatischen) Waldgrenze wurde mithilfe der Abschätzung von ELLENBERG

(2010) für das Untersuchungsgebiet modelliert (siehe unten). Der Vergleich beider Ergebnisse soll

zeigen, ob die aktuelle Baumgrenze in günstigen klimatischen Phasen anstieg.

3.6.2.1. Gegenwärtige Höhenlage der Baumgrenze

Die gegenwärtige Höhenlage der Baumgrenze wird gemäß der eingangs beschriebenen Definition

durch das höchstgelegene erwachsene Individuum (Wuchshöhe ≥2 m) bestimmt. Abb. 26 zeigt die

Wuchshöhe der aufgenommenen Individuen aufgetragen gegen ihre Höhenlage. Allgemein ist eine

Abnahme der Wuchshöhe in Abhängigkeit der Seehöhe erkennbar (vgl. TRANQUILLINI 1981, PAUL-

SEN et al. 2000). Zudem ist erkennbar, dass auch die obersten Bäume die gemäß der Definition eines

erwachsenen Baumes notwendigen 2 m Wuchshöhe bereits überschritten haben. Demnach liegt die

Baumgrenze derzeit auf Höhe des höchsten im Gelände aufgefundenen Baumes. Die junge Zirbe mit

der Kennung HALa-05 stockt auf 2118 m knapp unterhalb des Grates. Nördlich des Grates befinden

sich zwei weitere junge Zirben auf etwa derselben Höhe, die jedoch geländebedingt unerreichbar waren

und nicht beprobt werden konnten.


57

Abb. 26: Wuchshöhe der aufgenommenen Individuen in Abhängigkeit der Höhenlage. Auch das höchstgele-

gene Individuum (HALa-05) hat die gemäß der Definition eines erwachsenen Baumes notwendigen 2 m

Wuchshöhe (graue Linie) bereits überschritten und bildet damit aktuell die Baumgrenze.

In Tab. 11 ist die mittlere Wuchshöhe der zehn höchstgewachsenen Individuen je Plot aufgelistet. Die

mittlere Wuchshöhe nimmt nach oben hin jeweils etwa um die Hälfte ab. Diese Tatsache unter-

streicht, dass die angesprochenen Individuen der Plots HALa und HALb zumindest in jüngerer Ver-

gangenheit am Limit der ökologischen Amplitude operierten.

Plot mittlere Wuchshöhe [m] SD [m]

HALa 6,24 2,83 HALb 11,78 1,63

HALc 20,30 1,06 Tab. 11: Mittlere Wuchshöhe und Standardabweichung

(SD) der zehn höchstgewachsenen Individuen je Plot.

3.6.2.2. Rekonstruktion der Höhenlage der Baumgrenze

Um nun die raumzeitliche Entwicklung der Baumgrenze in der Vergangenheit nachvollziehen zu kön-

nen, musste das mittlere Alter, in dem ein Baum eine Wuchshöhe von 2 m (gemäß der Definition

eines erwachsenen Baumes) erreichte, berechnet werden. Dafür wurde der in Punkt 3.5.3. beschriebene

Zusammenhang zwischen Wuchshöhe und Kambialalter verwendet (Formel 3.5.2.-1). Im Durch-

schnitt ist ein Baum mit einer Wuchshöhe von 2 m demnach 38 Jahre alt. Zusätzlich muss der kumu-

lative Fehler aus der Modellierung des Aufkommens der einzelnen Individuen berücksichtigt werden.

Dieser setzt sich aus dem Fehler der Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Kern (Punkt 3.5.1.)

und dem Fehler der Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Wurzelansatz (Punkt 3.5.2.) zusam-

men.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Wuchshöhe [m]

1800

18501950

2000

2050

2100

2150

Höh

enla

ge [m

ü.A

.]

HALa

HALb

HALc


58

Abb. 27 zeigt die Lebensdauer der beprobten Individuen sortiert nach ihrer Höhenlage. Nach oben hin

ist zudem die raumzeitliche Entwicklung der Baumgrenze aufgetragen. Zu beachten ist, dass sich Serien

gleicher Standorthöhe überlagern und nicht alle aufgenommenen Individuen im Diagramm einwand-

frei erkennbar sind. Zudem ist die Ordinatenachse zwischen 1850 und 1950 m gebrochen, da inner-

halb der 100 hm kein Baum angesprochen wurde.

Die Serien aus Plot HALc zwischen 1820 und 1850 m zeigen hinsichtlich der Altersstruktur einen

weitgehend homogenen Bestand, wie er für einen etablierten, naturnahen Wald zu erwarten ist. Der

Bestand auf Plot HALb ist durchschnittlich jünger und weist eine deutlich unregelmäßigere Alters-

struktur auf. Innerhalb des Plots HALb ist eine Aussage über die raumzeitliche Entwicklung der

Baumgrenze nicht sinnvoll, da ihre Höhenlage während des gesamten Holozäns in etwa diesem Hö-

henbereich erwartet werden kann.

Um das Jahr 1822 (±9,4 a) lag die Baumgrenze auf 2001 m (HALa-14). Etwa 90 Jahre später befand

sich der höchstgelegene erwachsene Baum (HALa-08) im Jahr 1894 (±5,3 a) auf 2042 m. Nach weite-

ren 58 Jahren stieg die Baumgrenze um das Jahr 1952 (±9,9 a) auf 2050 m (HALa-09). Die im Jahr

2011 aufgenommene Obergrenze besteht seit etwa 1991 (±9,0 a) und liegt auf 2118 m (HALa-05).

Wie alle oberhalb von 2000 m (HALa) aufgenommenen Individuen stockt auch diese junge Zirbe

innerhalb von Latschen. Das Jahr ihres Aufkommens wurde entsprechend der in Punkt 3.5. beschrie-

benen Vorgehensweise modelliert und datiert um 1953. Der kumulative Fehler dieser Modellierung

beträgt ±9,0 Jahre.


59

Abb. 27: Raumzeitliche Entwicklung der Baumgrenze. Ein Anstieg der Baumgrenze erfolgt in jenem Jahr, in

dem das jeweils höchstgelegene Individuum eine Wuchshöhe von 2 m erreicht (nach 38 Jahren). Die Zeit-

räume, in denen die Baumgrenze anstieg bzw. stagnierte stimmen mit klimatischen Gunst- bzw. Ungunst-

phasen überein.

Kritisch muss bei dieser Vorgehensweise angemerkt werden, dass die Position der Baumgrenze lediglich

am obersten erwachsenen Baum festgemacht wird. Nach der verwendeten Definition der Baumgrenze

ist die gewonnene Aussage berechtigt, andere Definitionen (die von Baumgruppen ausgehen) wären

hier nicht anwendbar. Zudem ist der „Zeitpunkt“ zu dem ein Individuum eine Wuchshöhe von 2 m

erreicht und damit als erwachsener Baum angesehen wird, nur mit einer gewissen Unsicherheit be-

stimmbar. Da bei der Berechnung dieses Zeitpunktes von unveränderlichen Wachstumsbedingungen

ausgegangen wird, bleiben klimatische Einflüsse auf das Höhenwachstum unberücksichtigt. Unter

klimatisch günstigen Bedingungen ist jedoch von deutlich höheren Zuwachsraten auszugehen. Im Ge-

lände wurde die Länge der letzten drei ausgebildeten Höhentriebe von acht Jungzirben gemessen (Auf-

nahme im Sommer 2011). Durchschnittlich stieg der Apikalzuwachs von 6,2 cm im Jahr 2008, über

7,4 cm im Jahr 2009 auf 8,9 cm im Jahr 2010 an (Abb. 28). Bei einer dementsprechend mittleren

rezenten Zuwachsrate von 7,5 cm a-1 könnte eine Wuchshöhe von 2 m – ungeachtet des verlangsamten

Wachstums während der ersten Jahre - bereits nach etwa 27 Jahren (anstelle von 38 Jahren) erreicht

1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Kalenderjahre

1800

1850

1950

2000

2050

2100

2150

Höh

enla

ge [m

ü.A

.]

Baumgrenze um 1991

Baumgrenze um 1952Baumgrenze um 1894

Baumgrenze um 1822 (Kleine Eiszeit)

Aufstieg nach Endeder Kleinen Eiszeit

Stagnation bis indie 1920er Jahre

Klimatisch günstigerePhase während der

1950/80er Jahre


60

werden. Die Verlagerung der Baumgrenze würde dementsprechend früher erfolgen. Gegenteiliges gilt

für klimatisch ungünstige Phasen.

Abb. 28: Mittlere Zuwachsraten der Jahre

2008, 2009 und 2010 anhand von acht Jung-

zirben.

Am allgemeinen Trend der ansteigenden Höhenlage der Baumgrenze ändern diese Kritikpunkte jedoch

nichts. Im Zeitraum von ca. 1822 bis 1991 stieg die Baumgrenze um 117 m an, d.h. im Durchschnitt

um 7 m pro Dekade. Bis um 1980 kann ein Anstieg der Höhenlage der Baumgrenze von 49 m abgelei-

tet werden. Für den in etwa gleichen Zeitraum geben NICOLUSSI et al. (2005) für die Baumgrenze

(Definition entspricht der hier verwendeten) im Kaunertal einen Wert von 65 m an (NICOLUSSI et al.

2005).

3.6.2.3. Modellierung der Höhenlage der (klimatischen) Waldgrenze auf Basis von Temperaturmessdaten

Wie bereits in Punkt 1.4.5. beschrieben, geht ELLENBERG (2010, 678) pro Saison von wenigstens 100

Tagen mit einer Tagesmitteltemperatur von mindestens 5°C auf Höhe der Waldgrenze aus. Die Tem-

peratur von 5°C entspricht der von LORIS (1981) identifizierten Temperaturschwelle ab der Zuwachs

möglich ist. ELLENBERG (2010) setzt somit indirekt eine 100 Tage lange Vegetationsperiode (für

Bäume) auf der Höhe der Waldgrenze voraus. Im Umkehrschluss kann mithilfe bestehender, täglich

aufgelöster Temperaturdaten die ungefähre Position der (klimatischen) Waldgrenze modelliert werden.

Die Annäherung über die Länge der Vegetationsperiode ist für Gebirge der mittleren Breiten eine gän-

gige Praxis (ELLENBERG 2010).

Um die jährliche Höhenlage der klimatischen Waldgrenze zu modellieren, musste jene maximale See-

höhe bestimmt werden, auf der innerhalb eines Jahres an mindestens 100 Tagen eine Mitteltemperatur

von zumindest 5°C erreicht wird. Für diese Aufgabenstellung war es zunächst notwendig für den

Standort im Lafatschertal täglich aufgelöste, absolute Mittelwerte der Lufttemperatur für den infrage

kommenden Höhenbereich zu errechnen, da sich in unmittelbarer Nähe zum Untersuchungsgebiet

keine meteorologischen Stationen mit Temperaturaufzeichnung befinden. Als Datengrundlage kamen

alle täglich aufgelösten Temperaturmessreihen aus der Umgebung mit ähnlicher Grundcharakteristik

2008 2009 2010

Kalenderjahre

0

5

10

15

20

Zuw

achs

[cm

]

Mittel

HALa-04

HALa-05

HALa-06

HALc-09

HALc-44

HALc-46

HALc-51

HALc-53


61

(Alpennordrandlage) infrage. Verwendet wurden die Stationen Zugspitze und Hohenpeißenberg des

DWD, da nur diese Stationen über ausreichend lange Zeitreihen mit täglicher Auflösung verfügen. Die

Temperaturzeitreihe der Station Hohenpeißenberg liegt lückenlos seit Beginn des Jahres 1814 vor,

davor fehlen gelegentlich Aufzeichnungen einzelner Jahre bzw. Monate (1781, 1789, 1794, 1800,

1813). Die Zeitreihe der Station Zugspitze beginnt am 01.08.1900 und ist zwischen 01.05. und

15.08.1945 unterbrochen. Die Temperaturaufzeichnungen wie auch weitere Daten sind frei von der

Webseite des DWD beziehbar (DWD 2012). Auf die Korrektur der Höhendifferenz zwischen den

jeweiligen Bezugspegeln der deutschen und österreichischen Höhenmessung wurde verzichtet, da diese

im Sub-Meter-Bereich liegt und damit für die Genauigkeit der berechneten Temperaturwerte nicht

relevant ist. Auch die zweimalige Verlagerung der Messanlagen der Station Hohenpeißenberg blieb

unberücksichtigt. Die Metadaten der beiden Stationen sind unter Punkt 1.5.3.4. angeführt.

Auf Basis der täglich aufgelösten Mitteltemperaturen beider Stationen wurde die tägliche Adiabate Γ

(Steigung der linearen Funktion, die durch die beiden täglichen Messwerte beschrieben wird) errech-

net. Mittels Interpolation konnten damit absolute Tagesmitteltemperaturen für den Höhenbereich von

1500 bis 2500 m in Intervallschritten von 10 hm berechnet werden (Abb. 29).

Abb. 29: Schema der Interpolation der Tempera-

turmittel. Über den Zeitraum von 1781 bis 2011

wurde auf Basis der täglich aufgelösten Tempera-

turdaten der Stationen Zugspitze und Hohenpei-

ßenberg das Tagesmittel über den Höhenbereich

von 1500 bis 2500 m in Intervallen von 10 hm

berechnet.

Anschließend wurde pro Jahr die Anzahl an Tagen je Höhenlage mit einer Tagesmitteltemperatur ≥

5,0°C aufsummiert und ausgewertet. Als jährliche modellierte Höhenlage der klimatischen Waldgrenze

wird die oberste Höhenlage angegeben, auf der das Tagesmittel an 100 Tagen mindestens 5°C beträgt

(Abb. 30). Vor dem Beginn der Messungen auf der Station Zugspitze, bzw. während der Unterbre-

chung wurde die mittlere Adiabate des Zeitraumes von 1900 bis 2011 (jeweils Mai bis inkl. Septem-

ber) von -0,624°C pro 100 hm verwendet.

1500

2500

dH

dT

= -dT/dH

5°C

Höhe [m]

Temperatur [°C]

Zugspitze (2964 m)

Hohenpeißenberg (977 m)


62

Abb. 30: Schema der Auswertung der interpo-

lierten Temperaturmittel. Jene oberste Höhenla-

ge, auf der innerhalb eines Jahres ein Tagesmit-

tel ≥ 5,0°C an zumindest 100 Tagen erreicht wird

(hier z.B. auf 2080 m), entspricht der modellier-

ten Höhenlage der klimatischen Waldgrenze des

jeweiligen Jahres.

Abb. 31 zeigt das Ergebnis der Modellierung der Höhenlage der klimatischen Waldgrenze. Zu sehen

sind die jährlichen Höhenwerte, das entsprechende zentrierte 15jährige gleitende Mittel sowie die mitt-

lere Höhenlage je Vierteljahrhundert. Zudem sind die zentrierten 15jährigen gleitenden Mittel der

jährlichen Höhenlage mit 80 und 120 Tagen, an denen die Tagesmitteltemperatur 5°C überschreitet,

abgebildet. Die Höhenlage für eine um 20 Tage verkürzte Vegetationsperiode liegt im Durchschnitt

um ca. 200 m höher. Im Gegenzug würde eine um 20 Tage längere Vegetationsperiode etwa 200 m

tiefer anzutreffen sein. Ein Tag entspricht demnach rein rechnerisch einem Höhenunterschied von

10 hm.

Die Ergebnisse innerhalb des Zeitraums von 1781 bis um 1850 müssen zunächst vernachlässigt wer-

den. Innerhalb dieses Zeitraumes liegen lediglich lückenhafte Daten auf Basis der Temperaturzeitreihe

der Station Hohenpeißenberg vor, die in dieser Phase sehr wahrscheinlich zu hohe Temperaturen be-

inhaltet (vgl. BÖHM et al. 2009). Auch die vermeintliche Klimadepression gegen Ende der Kleinen

Eiszeit um 1850 spiegelt sich in den vorliegenden Daten nicht wider. Von 1850 bis 1900 basieren die

Ergebnisse ebenfalls lediglich auf den Daten der Station Hohenpeißenberg, allerdings kann von einer

besseren Qualität der zugrundeliegenden Temperaturdaten ausgegangen werden. Verfolgt man die

Entwicklung der modellierten klimatischen Waldgrenze ab 1850 zunächst grob, so kann seit dem Ende

der Kleinen Eiszeit bis 2011 allgemein ein positiver Trend hin zu höheren Lagen konstatiert werden

(Steigung 1,38 m a-1, R²=0,19). In Vierteljahrhundert-Schritten erfolgt dieser Anstieg grob in vier Pha-

sen. Zunächst sinkt die klimatische Waldgrenze in der zweiten Hälfte des 19. Jhd. auf etwa 1940 m ab.

Darauf folgend steigt sie bis Mitte des 20. Jhd. mehr oder minder gleichmäßig auf ca. 2080 m an. Be-

ginnend in den 1950er Jahren bis Mitte der 1970er erfolgt abermals ein Rückschlag. Der anschließen-

de Aufstieg der klimatischen Waldgrenze bis in das Jahr 2011 erfolgt vor allem in der jüngsten Vergan-

genheit verstärkt.

Eine etwas genauere Abfolge kann anhand des zentrierten 15jährigen gleitenden Mittels beschrieben

werden. Nach einem kurzen Anstieg ab 1850 nimmt die Höhenlage der modellierten klimatischen

Waldgrenze ab etwa 1860 graduell ab und erreicht in den 1870/80er Jahren mit rund 1900 m ihr Mi-

nimum. Darauf folgt bis um 1900 ein langsamer Aufstieg auf etwa 2000 m. Nach kleineren Schwan-

1500

2500

100

2080

Höhe [m]

Anzahl Tage mit Tm > 5,0°C


63

kungen zu Beginn des 20. Jhd. steigt die klimatische Waldgrenze bis um 1950 langsam auf etwa

2100 m an. Bis Anfang der 1970er Jahre kommt es zu einem Abstieg auf rund 2050 m. Der darauf

folgende starke Aufstieg auf über 2200 m würde im Mittel bis in das Jahr 2011 andauern (der zentrier-

te gleitende Mittelwert über 15 Jahre endet dementsprechend mit dem Jahr 2004). Er wird nur wäh-

rend der ausgehenden 1980er bzw. 1990er Jahre kurz unterbrochen. Über den Zeitraum von 1975 bis

2011 steigt die klimatische Waldgrenze im Mittel um ca. 80 m pro Dekade an.

Ein Vergleich der mittleren Höhenlage der modellierten klimatischen Waldgrenze der letzten 30

(KW30) bzw. 20 (KW20) Jahre zeigt ebenfalls einen Anstieg (+28 m). Über den gesamten betrachteten

Zeitraum bleiben beide mittleren Höhenlagen KW20 und KW30 unerreicht. Zu ähnlichen Ergebnis-

sen kamen auch LEONELLI et al. (2011) im südalpinen Raum.

Abb. 31: Modellierung der Höhenlage der klimatischen Waldgrenze auf Basis der Summe der Tage mit Tm ≥

5°C. Gezeigt werden die modellierte jährliche Höhenlage (mind. 100 Tage mit Tm ≥ 5°C; hellgrün) mit dem

entsprechenden zentrierten 15jährlichen gleitenden Mittel (dunkelgrün), die zentrierten 15jährlichen glei-

tenden Mittel für die modellierte Höhenlage für 80 (blau) bzw. 120 Tage (orange) mit Tm ≥ 5°C, sowie die

mittlere Höhenlage über die letzten 30 (KW30, rot punktiert) bzw. 20 Jahre (KW20, rot). Die mittlere Hö-

henlage je Vierteljahrhundert ist in schwarz dargestellt. Datenquelle: DWD 2012.

Die modellierte Höhenlage der klimatischen Waldgrenze folgt naturgemäß dem Langzeittrend der

Temperatur. In Tab. 12 sind die Korrelationskoeffizienten des Vergleichs mit verschiedenen jährlichen

Temperaturmitteln über den Zeitraum von 1781 bis 2011 angegeben. Die beste Annäherung ist dem-

nach das jährliche Temperaturmittel der Monate Mai bis inkl. September. Dieser Zeitraum entspricht

in etwa der Vegetationsperiode auf der Höhenlage der Waldgrenze.

1800 1825 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

Höh

enla

ge [m

ü.A

.]

Höhenlage mit Tm >= 5°C an mind. 100 Tagen/JahrHöhenlage mit Tm >= 5°C an mind. 80 Tagen/JahrHöhenlage mit Tm >= 5°C an mind. 120 Tagen/Jahr

Höhenlage KW20 (2233 m)Höhenlage KW30 (2205 m)

Jährliche Höhenlage mit Tm >= 5°C an mind. 100 Tagen/JahrMittlere Höhenlage je Viertel-Jhd.

15j. gleitende Mittel:


64

Temperaturmittel Korrelationskoeffizient

Jahresmittel 0,67 JJA 0,70

MJJAS 0,89

Tab. 12: Korrelationskoeffizienten des Vergleichs zwi-

schen der berechneten jährlichen Höhenlage der klimati-

schen Waldgrenze und verschiedenen Temperaturmitteln

der interpolierten Datensätze.

3.6.2.4. Vergleich von Modellierungsergebnissen und Geländebefunden

Ein Vergleich der Zeitpunkte der einzelnen aufwärts gerichteten Verlagerungen der Baumgrenze mit

der zeitlichen Entwicklung der modellierten klimatischen Waldgrenze zeigt, dass Anstiege allgemein

synchron erfolgen. Dabei muss jedoch der Zeitpunkt des Aufkommens der relevanten Individuen,

sowie der Zeitraum in dem sie durch den Unterwuchs geschützt sind berücksichtigt werden, da die

kritische Wachstumsphase für Jungwuchs erst beginnt, sobald er über die schützende bodennahe Vege-

tation hinausragt (PAULSEN et al. 2000). Ausnahmslos alle Individuen oberhalb von 2000 m stocken

innerhalb geschlossener Latschenbestände. Nimmt man an, dass diese Individuen in ihrer Jugendphase

dadurch bis zum Erreichen von 1,2 m Wuchshöhe (25,6 Jahre, Formel 3.5.2.-2) von äußeren klimati-

schen Einflüssen weitgehend geschützt sind, kommt es vor allem auf die Wachstumsbedingungen (v.a.

Temperatur) während des anschließenden Zeitraums bis zum Erreichen der definierten Wuchshöhe

von 2 m an. Wie in Punkt 3.6.2.2. erläutert, sind die im Untersuchungsgebiet aufgenommenen Indi-

viduen, die eine Wuchshöhe von 2 m erreichen im Durchschnitt 38 Jahre alt. Relevant sind den An-

nahmen entsprechend die zwölf Jahre zwischen dem Aufsteigen über den schützenden Latschenbe-

wuchs hinaus bis zum Erreichen einer Wuchshöhe von 2 m.

Die Abb. 32 bis 34 zeigen die Entwicklung der modellierten klimatischen Waldgrenze während der

Zeiträume der Baumgrenzanstiege. Zusätzlich zu den jährlichen Höhenwerten ist das nachlaufende

12jährige gleitende Mittel der Höhenlage der modellierten klimatischen Waldgrenze aufgetragen. Die

dunkelgrau hinterlegte Zeitspanne entspricht den zwölf Jahren vor dem rechnerischen Erreichen einer

Wuchshöhe von 2 m. Nach außen schließt hellgrau hinterlegt der durch die Modellierung des Auf-

kommens der einzelnen Individuen bedingte Fehlerbereich an.

Für die Phase von 1810 bis 1822 können zunächst keine zuverlässigen Aussagen getroffen werden, da

die Datengrundlage für die Modellierung der klimatischen Waldgrenze zu dieser Zeit Lücken aufweist.

Die Baumgrenze liegt zu dieser Zeit auf 2001 m. Der entsprechende Zeitraum für das Individuum

HALa-09, das den Anstieg um das Jahr 1894 bedingt, ist in Abb. 32 dargestellt. Diese Zirbe kam kurz

nach Ende der Kleinen Eiszeit (1856 ±13,4 a) zu klimatisch günstigen Zeiten auf. Den kurzen Klima-

rückschlag während der 1870/80er Jahre, der auch ein Absinken der modellierten klimatischen Wald-

grenze zur Folge hatte, könnte dieses Individuum innerhalb der Latschen überdauert haben. Wahr-

scheinlich erreichte das Individuum HALa-09 im Zuge eines kurzen Temperaturaufschwungs gegen

Ende des 19. Jhd. eine Wuchshöhe von 2 m und bildete somit um das Jahr 1894 die Baumgrenze auf

2042 (Baumhöhe Sommer 2011: 8,75 m). Da der Kern bei der Beprobung deutlich verfehlt wurde, ist


65

der durch die Modellierung der fehlenden Jahrringe zum Kern bedingte Fehlerbereich (±13,4 a; grau

hinterlegt) relativ groß.

Abb. 32: Zeitraum des durch HALa-09 bedingten An-

stiegs der Baumgrenze um das Jahr 1894 auf 2042 m.

Die modellierte jährliche Höhenlage der klimatischen

Waldgrenze sowie das entsprechende nachlaufende

12jährliche gleitende Mittel zeigt einen leicht positiven

Trend während des Zeitraums von 12 Jahren (dunkelgrau

hinterlegt) vor dem rechnerischen Erreichen einer

Wuchshöhe von 2 m. Nach außen schließt hellgrau hin-

terlegt der durch die Modellierung des Aufkommens der

einzelnen Individuen bedingte Fehlerbereich an

(±13,4 a).

Abb. 33 zeigt den Zeitraum vor dem Anstieg der Baumgrenze um das Jahr 1952 auf 2050 m. Der seit

den frühen 1920er Jahren bestehende positive Trend der Höhenlage der modellierten klimatischen

Waldgrenze kehrt sich Mitte der 1950er Jahre um. Zuvor erreicht das Individuum HALa-08 im Jahr

1952 rechnerisch die vorausgesetzte Wuchshöhe von 2 m (Baumhöhe Sommer 2011: 8,15 m). Auf-

kommen und Jugendphase fallen allgemein in einen Zeitraum in dem auch die modellierte klimatische

Waldgrenze ansteigt.





12jährliche gleitende Mittel zeigt einen deutlich positi-

ven Trend während des Zeitraums von 12 Jahren (dun-

kelgrau hinterlegt) vor dem rechnerischen Erreichen

einer Wuchshöhe von 2 m. Nach außen schließt hellgrau

hinterlegt der durch die Modellierung des Aufkommens

der einzelnen Individuen bedingte Fehlerbereich an

(±7,3 a).

Abb. 34 zeigt den Zeitraum vor dem Anstieg der Baumgrenze um das Jahr 1991 auf 2118 m. Nach

dem Aufkommen um das Jahr 1953 (±6,4 a) überdauerte das Individuum HALa-05 den kurzen Klima-

rückschlag während der 1960/70er Jahre scheinbar innerhalb der Latschen. Im Zuge des anschließen-

den Temperaturanstiegs während der 1980er Jahre erreichte diese Zirbe um das Jahr 1991 eine

Wuchshöhe von 2 m (Baumhöhe Sommer 2011: 2,9 m).

1880 1900

Kalenderjahre

1750

2000

2250

2500

Höh

enla

ge [m

]

1920 1940 1960

Kalenderjahre

1750

2000

2250

2500

Höh

enla

ge [m

]


66





12jährliche gleitende Mittel zeigt einen deutlich positi-

ven Trend während des Zeitraums von 12 Jahren (dun-

kelgrau hinterlegt) vor dem rechnerischen Erreichen

einer Wuchshöhe von 2 m. Nach außen schließt hellgrau

hinterlegt der durch die Modellierung des Aufkommens

der einzelnen Individuen bedingte Fehlerbereich an

(±6,4 a).

In Abb. 35 wird die Entwicklung der modellierten klimatischen Waldgrenze dem rekonstruierten An-

stieg der Baumgrenze gegenübergestellt. Zusätzlich zu den jährlichen Höhenwerten ist für die model-

lierte Höhenlage der klimatischen Waldgrenze das nachlaufende 38jährige gleitende Mittel aufgetra-

gen. Das 38jährige Mittel wurde gewählt, da für das Erreichen einer Wuchshöhe von 2 m im Durch-

schnitt 38 Jahre benötigt werden und dadurch die Reaktion der Baumgrenze dementsprechend verzö-

gert wird. Da die für die Modellierung der klimatischen Waldgrenze verwendeten Zeitreihen vor 1850

sehr wahrscheinlich zu warme Temperaturen beinhalten (vgl. BÖHM et al. 2009), wird dieses Mittel

erst ab dem Jahr 1888 dargestellt. Vorweg muss angemerkt werden, dass die modellierte Höhenlage der

klimatischen Waldgrenze, die per Definition in etwa jene Seehöhe angibt auf der unter gegebenen

Temperaturverhältnissen ein geschlossener Waldbestand möglich wäre, in der Regel nicht der Höhen-

lage der Baumgrenze entspricht. Aufgrund der relativ schnellen Reaktion der Baumgrenze auf klimati-

sche Veränderungen, ist ein Vergleich mit Vorbehalt zulässig.

Vor dem Anstieg der Baumgrenze um das Jahr 1894, stimmt ihre Position (2001 m) mit der modellier-

ten Höhenlage der klimatischen Waldgrenze in etwa überein. Während das 38jährige Mittel der mo-

dellierten klimatischen Waldgrenze Ende des 19. Jhd. als verspätete Reaktion auf den Klimarückschlag

der 1870/80er Jahre leicht zurückgeht, steigt die Baumgrenze um 41 m auf 2042 m an. Auf dieser

Höhenlage verbleibt sie bis 1952. Im Zeitraum von 1894 bis 1951 unterscheiden sich Modellierungs-

ergebnis und Geländebefund damit um durchschnittlich 50 m. Erst ab den 1920er Jahren bewegt sich

die klimatische Waldgrenze wieder aufwärts. Mit ihrem raschen Anstieg Ende der 1940er/Anfang der

1950er Jahre kann die Baumgrenze indes nicht mithalten. Über den Zeitraum von 1952 bis 1990 liegt

die modellierte klimatische Waldgrenze um durchschnittlich 22 m höher. Dass während der klimatisch

günstigen 1950er Jahre kein höher stockendes Individuum eine Wuchshöhe von 2 m erreichte, könnte

an den unterdurchschnittlichen 1940er Jahren liegen. Auch der Wildverbiss könnte damals wie heute

eine Rolle gespielt haben. Mit dem Anstieg im Jahr 1991 auf 2118 m liegt die Baumgrenze wieder

deutlich über den Modellierungsergebnissen. Die modellierte Höhenlage der klimatischen Waldgrenze

steigt seit Beginn der 1990er Jahre kontinuierlich verstärkt an. Seit dem Jahr 2003 liegt sie wiederum

höher als die Baumgrenze. Im Untersuchungsgebiet kann diese aufgrund der Topographie aktuell nicht

mehr ansteigen.

1960 1980 2000

Kalenderjahre

1750

2000

2250

2500

Höh

enla

ge [m

]


67

Abb. 35: Vergleich der modellierten klimatischen Waldgrenze mit dem rekonstruierten Anstieg der Baum-

grenze. Gezeigt werden die rekonstruierte Höhenlage der Baumgrenze (grün), die jährliche modellierte

Höhenlage der klimatischen Waldgrenze (grau) als auch das nachlaufende 38jährliche gleitende Mittel

(schwarz). Durch die Wahl des 38 Jahre breiten Fensters soll die verzögerte Reaktion der Baumgrenze auf

Änderungen der Temperatur berücksichtigt werden. Im Durchschnitt dauert es im Untersuchungsgebiet 38

Jahre bis ein Individuum eine Wuchshöhe von 2 m erreicht.

Die Positionen der für das Ansteigen der Baumgrenze letztendlich verantwortlichen Individuen im

Gelände sind in Abb. 36 dargestellt. Das 1822 maßgebende Individuum (HALa-14) stockt im unteren

Bereich von Plot HALa im Nahbereich von Plot HALb. Die für die Anstiege in den Jahren 1894 und

1952 verantwortlichen Individuen HALa-09 und HALa-08 (Abb. 36, b) befinden sich beide etwa

200 m nordwestlich davon. Weitere 200 m nördlich stockt das Individuum HALa-05, das auf 2118 m

die heutige Baumgrenze bildet (Abb. 36, a).

1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000

Kalenderjahre

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

Höh

enla

ge [m

]


68

Abb. 36: Räumliche Verlagerung der Baumgrenze. Beschriftet sind jene Individuen, die die Baumgrenze in

der Vergangenheit (HALa-14, HALa-09, HALa-08) bildeten bzw. das Individuum (HALa-05), auf dessen Hö-

henlage die Baumgrenze momentan anzusetzen ist. Zusätzlich zur jeweiligen absoluten Höhe ist das Jahr

angegeben, in dem die einzelnen Individuen rein rechnerisch eine Wuchshöhe von 2 m erreichten. Foto a)

zeigt das Individuum HALa-05 (Kurt Nicolussi, 11.07.2011, Richtung Südost), auf Foto b) ist das Individuum

HALa-08 zu sehen (Valentino Dax, 12.07.2011, Richtung Nordwest). Orthofoto: Amt der Tiroler Landesregie-

rung, Abteilung Geoinformation.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Baumgrenze während der letzten 120 Jahre kon-

tinuierlich angestiegen ist. Der Vergleich mit der Entwicklung der modellierten klimatischen Wald-

grenze zeigt, dass sich die Baumgrenze vornehmlich zu klimatisch günstigen Zeiten nach oben verla-

gert. Es liegt demnach nahe, dass ihre Position klimatisch gesteuert wird. Potenziell wäre das Aufkom-

men erwachsener Bäume heute auch in höheren Lagen denkbar - was allerdings im Untersuchungsge-

biet aufgrund der Topographie nicht möglich ist.

3.6.3. Trends der Jahrringbreite

Wie bereits in Punkt 1.4.8. beschrieben, nimmt die Anzahl der ausgebildeten Zellen mit der Seehöhe

ab. Obwohl in höheren Lagen vordergründig das Höhenwachstum eingeschränkt ist, gehen damit auch


69

reduzierte Jahrringbreiten einher (PAULSEN et al. 2000, KÖRNER 2012b). Die Variabilität der Jahr-

ringbreite hängt in großen Höhenlagen, wie später in Punkt 3.6.5. gezeigt wird, maßgeblich von der

Sommertemperatur ab (z.B. BÜNTGEN et al. 2005). Nimmt diese zu, so ist auch eine entsprechende

Reaktion der Jahrringbreite zu erwarten. Demnach müsste die mittlere Jahrringbreite - nachdem alle

bauminhärenten Trends eliminiert wurden - ohne wesentliche Verzögerung (allenfalls bedingt durch

Autokorrelation) dem Trend der Sommertemperatur folgen.

Die Abhängigkeit der Jahrringbreite von der (Sommer-) Temperatur und der Höhenlage kann anhand

eines raumzeitlichen Vergleichs der über längere Zeiträume gemittelten relativen Jahrringbreite veran-

schaulicht werden. Dazu werden in den folgenden Punkten die relativen Jahrringbreiten der in den

Plots HALa/b und HALc beprobten Individuen, gemittelt über verschiedene Zeiträume („Wachstums-

niveaus“) einander gegenübergestellt. Damit wird der Einfluss von Höhenlage und Temperaturände-

rung auf die Jahrringbreite ersichtlich.

3.6.3.1. Vergleich der mittleren Jahrringbreite 1840-1900 und 1940-2000

KÖRNER (2012b) stellt auf Basis der Daten von PAULSEN et al. (2000) aus Waldgrenzgebieten in den

Schweizerischen Alpen für den Zeitraum von 1840 bis 1900 im Mittel eine Verringerung der Jahrring-

breite mit der Seehöhe fest. Dieser Trend ist 100 Jahre später nicht mehr beobachtbar, da das Dicken-

wachstum der höher gelegenen Individuen in etwa gleichzogen (KÖRNER 2012b). In den Daten aus

dem Lafatschertal ist eine ähnliche Entwicklung über diese Zeiträume erkennbar, wenn auch mit Vor-

behalt. Abb. 37 zeigt die entsprechenden Mittelwerte der relativen Jahrringbreite für die beprobten

Zirben und Lärchen (mit RCS-Methode standardisiert) während derselben Zeitspannen, aufgetragen

über die Seehöhe. Dargestellt sind lediglich die Werte jener Serien, die den jeweiligen Zeitraum kom-

plett abdecken. Zudem blieben die ersten 40 Jahrringe, sofern auf den Serien vorhanden, unberück-

sichtigt. Damit soll eine Beeinflussung des Wachstumsniveaus durch etwaige breitere Jahrringe wäh-

rend der Jugendphase ausgeschlossen werden. Alle gezeigten Serien wurden etwa auf Brusthöhe ent-

nommen (0,8 bis 1,4 m). Die Trends sind statistisch nicht signifikant und dienen lediglich der besse-

ren Veranschaulichung. Sie beziehen sich auf die Werte beider Spezies.

Aus den vorhandenen Daten sind für den Zeitraum von 1840 bis 1900 in etwa ausgeglichene Jahrring-

breiten über die Seehöhe abzuleiten. Die Anzahl der Serien, die den Zeitraum von 1840 bis 1900

komplett abdecken, ist im oberen Bereich des Untersuchungsgebietes (HALa, HALb) jedoch zu gering,

um eine eindeutige Aussage treffen zu können (fünf Serien, Abb. 37, a). Zwischen 1940 und 2000

(Abb. 37, b) nimmt die Anzahl der Individuen, die den gesamten Zeitraum abdecken, auf den oberen

Plots HALa und HALb stark zu (21 Serien). Die Lärche auf HALb starb 1981 ab und ist deshalb in

Abb. 37, b nicht mehr enthalten. Im Mittel liegt deren relative Jahrringbreite tendenziell über jener der

Individuen auf HALc. Eine Erklärung dafür wäre der geringere Konkurrenzdruck in den Plots HALa

und HALb. Dem etwaigen Einfluss durch stärkeres Dickenwachstum während der Jugendphase wurde

durch den Ausschluss der ersten 40 Jahrringe vorgebeugt.


70

Abb. 37: Vergleich der Wachs-

tumsniveaus von Einzelbäumen in

Abhängigkeit der Höhenlage für die

Zeiträume von 1840 bis 1899 (a)

und 1940 bis 1999 (b). Gezeigt

werden die Wachstumsniveaus der

einzelnen Lärchen (Dreiecke) und

Zirben (Punkte) aus dem Lafat-

schertal, die den jeweiligen Zeit-

raum zur Gänze abdecken. Die

Jahrringserien wurden zuvor mit

der beschriebenen RCS-Methode

standardisiert. Die Trends sind

statistisch nicht signifikant.

3.6.3.2. Raumzeitliche Entwicklung der Wachstumsniveaus

PAULSEN et al. (2000) berechneten die Mittelwerte standardisierter Jahrringserien (Datenmaterial aus

den Schweizerischen und Österreichischen Alpen) von 1800 bis 1996 über Zeitfenster von 20 Jahren.

Die Autoren zeigten damit, dass das Ansteigen der Wachstumsniveaus in höheren Lagen graduell und

abhängig von den klimatischen Entwicklungen erfolgte. Abb. 38 zeigt nach dem Prinzip von Abb. 37

die Wachstumsniveaus über die Seehöhe, berechnet über Zeitfenster von 20 Jahren (Ausnahme: 2000

bis 2010) für den Zeitraum von 1780 bis 2010. Die verwendeten Jahrringserien wurden zuvor mit der

beschriebenen RCS-Methode standardisiert. Die ersten 40 Jahrringe, sofern in den Serien enthalten,

wurden wiederum vernachlässigt. Der letzte Jahrring aus dem Jahr 2011 war zum Zeitpunkt der Be-

probung noch nicht abgeschlossen und bleibt daher ebenfalls unberücksichtigt. Neben erwachsenen

Individuen, die auf Brusthöhe beprobt wurden, sind auch jüngere Individuen enthalten, die z.T. knapp

über dem Wurzelansatz beprobt werden mussten. Die Trends sind statistisch nicht signifikant und

sollen lediglich zur einfacheren Lesbarkeit der allgemeinen Tendenzen dienen. Sie beziehen sich auf alle

Werte ungeachtet der Spezies.

Bis 1879 liegen die Wachstumsniveaus der auf HALa und HALb stockenden Individuen im Schnitt

unter jenen von HALc. Ab diesem Zeitpunkt verschiebt sich dieses Verhältnis zugunsten der höher

gelegenen Individuen. Betrachtet man nur die Zirben, kann bereits von 1860 bis 1879 eine Trendum-

kehr beobachtet werden. Scheinbar konnte sich der Großteil der Lärchen, die sich zu diesem Zeitpunkt

wahrscheinlich nur geringem Konkurrenzdruck durch die aufkommende Zirbe stellen mussten, rascher

von der klimatisch ungünstigen Phase während der ersten Hälfte des 19. Jhd. erholen. Während des

neuerlichen Klimarückschlages Ende des 19. Jhd. bzw. Anfang des 20. Jhd. reagieren die Individuen

auf HALc mit schmaleren Jahrringen, während die höher gelegenen ihr Wachstumsniveau in etwa

halten können. Nach etwa ausgeglichenen Niveaus während der 1920er und 1930er Jahre steigen sie

zwischen 1940 bis 1959 bei den Individuen auf HALa und HALb an, während sie bei den Individuen

auf HALc leicht zurückgehen. Über den Zeitraum von 1960 bis 1979 ist ein leichter Rückgang der

relativen Jahrringbreiten über den gesamten Höhenbereich zu verzeichnen. Nach ausgeglichenen

1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100

Seehöhe [m]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Mitt

lere

rel

ativ

e J

ah

rrin

gbr

eite

PICE

LADE

Trend

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Mitt

lere

re

lativ

e J

ah

rrin

gbre

ite 1840-1900

1940-2000

n=26

n=49

a)

b)


71

Wachstumsniveaus während der 1980er und 1990er Jahre ist rezent ein stärkerer Anstieg in den höhe-

ren Lagen erkennbar.

Auffällig sind zudem zwei Erholungsphasen zwischen 1840 und 1879, sowie ab den 1980er Jahren

nach klimatisch ungünstigen Zeiträumen. Diese sind vor allem für den unteren Bereich des Untersu-

chungsgebietes ablesbar.

Abb. 38: Vergleich der Wachstumsniveaus von Einzelbäumen in Abhängigkeit der Standorthöhe in Zeitfens-

tern von 20 Jahren (Ausnahme 2000-2010) während des Zeitraums von 1780 bis 2010. Gezeigt werden die

Wachstumsniveaus der einzelnen Lärchen (Dreiecke) und Zirben (Punkte) aus dem Lafatschertal, die den

jeweiligen Zeitraum zur Gänze abdecken. Die Jahrringserien wurden zuvor mit der beschriebenen RCS-

Methode standardisiert.

3.6.3.3. Vergleich von Wachstumsniveau und Sommertemperatur

Ein direkter Vergleich der Entwicklung der über 20 Jahre gemittelten Jahrringbreiten der standardisier-

ten Jahrringserien aus HALa, HALb und HALc mit den Abweichungen der Sommertemperatur (relativ

zu 1961-1990) zeigt eine hohe Übereinstimmung (Abb. 39). Mit Ausnahme des Zeitraums von 1820

bis 1840 ist der Verlauf des Mittels aus HALa, HALb und HALc (HALabc; schwarz) gleichläufig (82%

Gleichläufigkeit). Während dieses Zeitraums enthält der Histalp-Datensatz von 2008 wahrscheinlich

jedoch zu warme Temperaturen (BÖHM et al. 2009).

Nach Höhenlage unterteilt betrachtet, ist das mittlere Wachstumsniveau der höher stockenden Indivi-

duen (HALab) bis etwa 1880 geringer als auf HALc. In der Folgezeit bilden die Individuen auf HALab

1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

Absolute Höhe [m]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Mitt

lere

re

lativ

e J

ahrr

ing

bre

ite

0

0.5

1

1.5

2

2.5

30

0.5

1

1.5

2

2.5

30

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 21501800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

PICE

LADE

Trend

2000-2010

1980-1999

n=57

n=55

1960-1979n=53

1940-1959n=50

1840-1859n=25

1780-1799

1800-1819

1860-1879

1880-1899

1900-1919

1920-1939n=39

n=13

n=18

n=37

n=34

n=31

1820-1839n=21

R²=0,18

R²=0,23

R²=0,10

R²=0,00

R²=0,01

R²=0,05

R²=0,05

R²=0,01

R²=0,00

R²=0,02

R²=0,08

R²=0,00


72

im Durchschnitt allerdings breitere Jahrringe aus. Lediglich während der 1920/30er Jahre und zwi-

schen 1980 bis 2000 liegt ihr mittleres Wachstumsniveau wieder knapp unter dem der Individuen auf

HALc. Die höher stockenden Individuen scheinen stärker auf günstige bzw. ungünstige klimatische

Entwicklungen zu reagieren. Im Vergleich zur Entwicklung der über 20 Jahre gemittelten Sommer-

temperatur wird eine Gleichläufigkeit von 64% (HALab) bzw. 82% (HALc) erreicht.

Abb. 39: Vergleich der Wachstumsniveaus (HALabc, HALab und HALc; keine Unterteilung nach Spezies) und

der Abweichungen der Sommertemperatur (JJA) vom klimatologischen Mittel 1961-1990. Die Belegung für

HALab ist dunkelgrün dargestellt, die für HALc hellgrün. Neben den jährlichen Abweichungen der Sommer-

temperatur werden alle Zeitreihen gemittelt über Zeiträume von 20 Jahren dargestellt (Ausnahme 2000-

2010). Bis 1840 sind für die Plots HALa und HALb nur die Serien zweier Individuen verfügbar, die ungeachtet

der jeweils ersten 40 Jahre die Zeitfenster komplett abdecken (strichliert). Datenquelle: Histalp-Datensatz

2008, AUER et al. 2007.

Die mittleren Wachstumsniveaus schwanken ab 1840 allgemein zwischen 0,86 und 1,24. Mit der zeit-

lichen Auflösung von 20 Jahren ist jedoch kein Langzeittrend hin zu höheren Wachstumsniveaus er-

kennbar. Gegenteiliges wiesen PAULSEN et al. (2000) nach. Allerdings liegt die mittlere relative Jahr-

ringbreite des Zeitraumes von 2000 bis 2010 mit 1,20 deutlich über dem Mittel seit 1840 (1,01; Tab.

13).

Plot 1840-2010 2000-2010

Mittel SD Mittel SD

HALa/HALb 1,05 0,47

1,24 0,60

HALc 0,99 0,42

1,17 0,59 HALabc 1,01 0,44 1,20 0,59

Tab. 13: Vergleich der mittleren relativen Jahrring-

breite von 1840-2010 und 2000-2010.

1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Kalenderjahre

-3

-2

-1

0

1

2

3

dT [

°C]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Mitt

lere

re

lativ

e J

ahrr

ingb

reite

TemperaturabweichungenHistalp, jährliche Abweichung der Sommertemperatur relativ zu 1961-90

JJA dT Histalp, gemittelt über 20 Jahre

WachstumsniveausMittel HALabc

HALab

HALc

0

25

50

Bel

egu

ng


73

3.6.4. Waldentwicklung im Untersuchungsgebiet

Um die Frage nach der bisherigen Waldentwicklung beantworten zu können, muss die jeweils gesamte

Lebensdauer der beprobten Individuen berücksichtigt werden. Damit können Phasen verstärkten bzw.

verringerten Aufkommens identifiziert und Aussagen über die zeitliche Abfolge des Aufkommens der

bestandsbildenden Spezies getroffen werden. Zunächst beschränken sich die Aussagen auf die drei auf-

genommenen Plots. In der Zusammenfassung soll zudem versucht werden, auf die Waldentwicklung

der näheren Umgebung zu schließen.

3.6.4.1. Lebensspanne aufgenommener Individuen

Abb. 40 zeigt die Lebensspanne der beprobten Individuen sortiert nach ihrem Aufkommen. Grundlage

dafür sind neben den gemessenen Jahrringserien (grün) und Triebzählungen (weiß) das modellierte

Markalter auf Beprobungshöhe (orange; Punkt 3.5.1.) sowie die modellierten fehlenden Jahrringe bis

zur Beprobungshöhe (grau; Punkt 3.5.2.). Zudem ist der Unsicherheitsbereich der Modellierungen

(graue Fehlerbalken) aufsummiert für jedes Individuum abgebildet.

Bis Anfang/Mitte des 17. Jhd. kommen nach und nach Zirben auf, die zunächst vor allem im unteren

Bereiches des Untersuchungsgebietes (Plot HALc) stocken. Da jedoch diese Individuen ausnahmslos

kernfaul sind, ist deren Aufkommen nur grob abschätzbar. Wesentlich gesicherter ist das verstärkte

Aufkommen gegen Ende des 17. bzw. zu Beginn des 18. Jhd., da diese Serien fast ausschließlich von

nicht-kernfaulen Individuen stammen und ihr Aufkommen damit genauer bestimmbar ist. Im Wesent-

lichen sind es zunächst Lärchen, die im Bereich des heutigen Waldes (Plot HALc) stocken. Wie bereits

in Punkt 1.3.3.1. beschrieben, sind Lärchen vor allem in ihrer Jugendphase an Standorte mit großem

Lichtangebot gebunden und gelten daher als Pionierbaumart. Die Tatsache, dass gegen Ende des 17.

bzw. zu Beginn des 18. Jhd. zunächst verstärkt Lärchen aufkommen, kann als Indiz für einen vorheri-

gen Leerstand gedeutet werden. Dies würde sich mit den Berichten decken, dass gegen Ende des 17.

Jhd. der Bergbau in unmittelbarer Nähe zum Untersuchungsgebiet (Punkt 1.5.4.3.) beinahe zum Er-

liegen kam. Der vormals möglicherweise genutzte Bestand könnte sich in der Folge erholt haben. Der

Leerstand könnte allerdings auch natürliche Ursachen haben (z.B. Waldbrand, Lawinenereignis).

Anschließend kommen neben Lärchen vereinzelt Zirben und Fichten auf, wobei sich der Bestand nach

wie vor auf den unteren Plot des Untersuchungsgebietes (HALc) konzentriert. Ab etwa Mitte des 18.

Jhd. konnten sich bis ca. 1780 keine Bäume mehr durchsetzen. Wahrscheinlich kam zwar Jungwuchs

auf, der allerdings den Umweltbedingungen nicht gewachsen war und abstarb. Dies deutet auf eine

Klimaverschlechterung hin. Gegen Ende des 18. Jhd. bis ca. 1810 sowie zwischen 1820 bis 1840

kommen wiederholt keine Bäume auf, die ihre Jugendphase überdauern. Im Zeitraum von 1760 bis

1840 überleben innerhalb der beprobten Plots lediglich acht Individuen (allesamt Zirben) die Jugend-

phase. Auf diesen Zeitraum entfällt auch eine Hauptphase der Kleinen Eiszeit. Ab 1840 setzt eine gra-

duelle Verjüngungsphase ein, während der auch im höher gelegenen Plot HALb als auch darüber vor-

nehmlich Zirben stocken. Um 1900 verlangsamt sich das Aufkommen kurzzeitig, wie auch während


74

der 1940er Jahre. Von 1955 bis Ende der 1970er Jahre überleben lediglich zwei Individuen (Zirben)

ihre Jugendphase. Seit 1980 kommt in allen Höhenstufen Jungwuchs auf, in erster Linie sind es junge

Fichten. Die aufgekommenen Individuen der scheinbar stärkeren Verjüngungsphase während der letz-

ten 20 Jahre müssen allerdings zunächst ihre Jugendphase überleben.

Abb. 40: Lebensspanne der im Sommer 2011 aufgenommenen Individuen aus dem Lafatschertal, abstei-

gend sortiert. Die Serien der beiden abgestorbenen Individuen endeten 1981 (HALb-TOT) bzw. 1945 (HALc-

65). Die Fehlerbalken geben den kumulativen Fehlerbereich der Modellierung der fehlenden Jahrringe zum

Wurzelansatz an.

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

HALb-23HALc-26HALc-10HALc-11HALb-30HALc-63HALc-05HALc-35HALb-02HALc-06HALc-27HALc-41HALc-30HALb-TOTHALc-47HALc-02HALc-39HALc-52HALc-14HALc-01HALc-08HALc-04HALc-43HALc-24HALc-20HALc-29HALc-49HALc-42HALc-37HALc-48HALc-22HALc-03HALb-27HALa-14HALc-07HALb-37HALc-36HALb-06HALc-62HALb-24HALc-55HALb-29HALb-07HALc-23HALb-14HALb-28HALa-15HALa-09HALb-31HALc-65HALb-04HALb-16HALc-17HALb-25HALb-00HALb-08HALb-10HALc-19HALb-05HALb-21HALb-32HALa-08HALb-33HALb-11HALb-26HALb-09HALa-07HALb-34HALa-12HALb-35HALb-13HALa-16HALb-12HALa-05HALa-22HALa-23HALa-20HALa-04HALa-06HALa-17HALb-01HALa-21HALb-22HALa-10HALa-24HALa-18HALa-01HALa-13HALb-15HALc-44HALc-09HALa-19HALc-46HALb-19HALa-11HALc-53HALc-51HALb-17HALb-18HALb-36HALb-20HALb-03HALc-18HALc-28HALc-40PICE

LADE

PCAB

Triebzählung (Jungwuchs)

Gemessene Jahrringe

Fehlende Jahrringe zum Kern (nicht kernfaul)

Fehlende Jahrringe zum Kern (kernfaul)

Fehlende Jahrringe zum Wurzelansatz

Vereinzelte Zirben,Aufkommen aufgrundvon Kernfäule nurunsicher bestimmbar

Beinahe zeitgleichesAufkommen der Lärchenauf Plot HALc

Verlangsamte Verjüngung,Klimarückschlag (eine Haupt-phase der Kleinen Eiszeit)

Verstärkte Verjüngungnach Ende der KleinenEiszeit (um 1850)

Rezente Verjüngungsphaseab den 1980er Jahren


75

Das möglicherweise älteste beprobte Individuum (HALb-23, PICE) steht auf einer Felsrippe in

1973 m Seehöhe. Da der Stamm stark kernfaul ist (Abb. 41), kann sein Aufkommen nicht genau be-

stimmt werden und datiert wahrscheinlich um 1429 ±65 Jahre. Der Baum weist besonders schmale

Jahrringe auf und wächst damit insgesamt auf niedrigem Niveau.

Abb. 41: Kernfauler Stamm des Individuums HALb-23 (PICE; 1973 m),

beschädigt durch den Windwurf Ende April 2012. Foto: Thomas Zie-

her, 02.06.2012, Richtung Süden.

3.6.4.2. Aufkommen nach Höhenlage und Spezies

Abb. 42 zeigt die Altersverteilungen der drei behandelten Spezies innerhalb der drei aufgenommenen

Plots. Tab. 14 gibt zudem einen Überblick über die mittlere Lebensdauer je Spezies und Plot. Zusätz-

lich zu den gemessenen Serien, die auf das Markalter auf Wurzelniveau korrigiert wurden, sind auch

die mittels Triebzählung erhobenen Individuen in der Grafik als auch in den Werten der Tabelle ent-

halten. Es muss wieder darauf hingewiesen werden, dass aufgrund der unterschiedlichen Altersvertei-

lungen und der unsicheren Altersbestimmung bei kernfaulen Individuen die Mittelwerte nur bedingt

aussagekräftig sind. Es zeichnet sich jedoch das in Punkt 3.6.1. beschriebene Bild ab, dass die Bestände

mit ansteigender Standorthöhe merklich jünger werden.


76

Abb. 42: Lebensdauer

der aufgenommenen

Individuen unterteilt

nach Spezies und Plot.

Neben den Jahrringse-

rien, die um die mo-

dellierte Anzahl an

Jahrringen zum Kern

bzw. Wurzelansatz

verlängert wurden,

sind auch die um fünf

Jahre korrigierten

Triebzählungen ent-

halten (Punkt 3.5.2.).

Plot Seehöhe Mittlere Lebensdauer [a], (n)

PICE LADE PCAB gesamt

HALa (Baumgrenze) 2000 - 2131 81,6 (13) 23,0 (2) 31,6 (7) 60,4 (22) HALb (Waldgrenze) 1950 - 2000 141,9 (34) 284,0 (1) 44,5 (4) 135,5 (39)

HALc (Wald) 1800 - 1850 247,2 (17) 301,1 (17) 125,4 (10) 240,4 (44)

157,6 (64) 272,4 (20) 78,7 (21) 163,7 (105)

Tab. 14: Mittlere Lebensdauer je Spezies bzw. Plot.

Getrennt nach Spezies betrachtet sind die in Plot HALc stockenden Lärchen mit durchschnittlich ca.

300 Jahren die ältesten Bäume. Lediglich eine Fichte und sechs Zirben, deren Aufkommen aufgrund

von Kernfäule jedoch nur grob datiert werden kann, sind älter. Die Lärchen auf Plot HALc weisen

zudem eine sehr homogene Altersverteilung auf (Abb. 42, h; einschichtiger Lärchenbestand). Nach

einem beinahe zeitgleichen Aufkommen vor etwa 300 Jahren verjüngte sich die Lärche praktisch nicht

mehr. In den beiden oberen Plots (HALa, HALb) fehlen Lärchen fast vollständig (Abb. 42, b; e).

Zirben, die in Plot HALc im Vergleich zu den Lärchen im Schnitt um 50 Jahre jünger sind, kommen

unregelmäßig auf und verjüngen sich mit Unterbrechungen (Abb. 42, g). Abgesehen von wenigen

Ausnahmen bildet die Zirbe auf HALb einen Reinbestand. Im Mittel ist dieser Zirbenbestand um etwa

100 Jahre jünger als die Zirben in Plot HALc. Mit Ausnahme des „Methusalem-Baums“ HALb-23 und

zwei weiteren alten Individuen setzt in HALb vor ca. 200 Jahren eine verstärkte Verjüngung ein. Die

Zirben auf Plot HALa sind im Schnitt noch einmal 60 Jahre jünger. Eine stärkere Verjüngungsphase

begann auf dieser Höhenlage vor ca. 100 Jahren.

0 200 400 6000 200 400 6000 200 400 600

Kambialalter

0 200 400 6000 200 400 6000 200 400 600

0 200 400 6000 200 400 6000 200 400 600

PICE LADE PCAB

HALa

HALb

HALc

a b c

d e f

g h i


77

Fichten sind im Mittel jünger, wobei die Altersverteilung vor allem auf Plot HALc sehr ungleichmäßig

ist (Abb. 42, i). Erwachsene Fichten kommen derzeit nur untergeordnet vor. Fichtenjungwuchs ist

heute jedoch in allen Höhenlagen auffindbar. In der Vergangenheit konnte er sich jedoch nicht ent-

scheidend durchsetzen. Für Plot HALc (Abb. 42, i) sind jene 13 Jungfichten, deren Alter im Gelände

nicht bestimmt werden konnte, nicht dargestellt. Wie bereits erwähnt beträgt ihr Alter maximal 30

Jahre.

Etwas genauer betrachtet kann ein feineres Bild der Waldentwicklung nachgezeichnet werden. In Abb.

43 wird das zeitliche Aufkommen getrennt nach Höhenlage und Spezies gezeigt. Die jeweiligen Hö-

henbereiche entsprechen den Klassengrenzen der aufgenommenen Plots HALc, HALb und HALa. Das

früheste Aufkommen im Bereich des heutigen etablierten Waldes (Plot HALc) bildeten zunächst vor

allem Lärchen und Zirben. Wie bereits beschrieben kann aufgrund des beinahe gleichzeitigen Auf-

kommens der Lichtbaumart Lärche angenommen werden, dass diese Fläche zuvor nicht oder nur ge-

ringfügig bestockt war. Mitte des 18. Jhd. verlangsamte sich die Verjüngung beider Spezies im unteren

Bereich (HALc) drastisch. Bei einem angenommenen mittleren Kronendurchmesser von 5,5 m betrug

der Schlussgrad bezogen auf die projizierte Grundfläche des Plots HALc um 1750 bereits etwa 64%.

Im Durchschnitt waren die zu diesem Zeitpunkt auf HALc stockenden Individuen 66,3 Jahre alt (Tab.

15). Die Sukzession des Karbonat-Lärchen-Zirbenwaldes war zu diesem Zeitpunkt bereits weit fortge-

schritten und könnte in die Lärchen-Zirben-Optimalphase übergegangen sein. Demnach hätte der

gesamte Bestand die Oberschicht erreicht. In der Folge setzten sich über 200 Jahre lang nur vereinzelt

Zirben und Fichten durch. Erst ab 1980 kommen wieder vermehrt Zirben und Fichten auf. Die 13

Jungfichten, deren Alter nicht bestimmt werden konnte, sind im Diagramm nicht enthalten. Sie könn-

ten der jüngsten Klasse zugerechnet werden.

Spezies Anzahl mittleres Alter SD

PICE 9 100,3 51,9 LADE 16 48,6 24,8 PCAB 2 55,0 7,6

27 66,3 52,3

Tab. 15: Zusammensetzung und Altersverteilung inner-

halb des Plots HALc um 1750.

Etwa zur Mitte des 18. Jhd. (im Mittel ca. 100 Jahre später als auf Plot HALc) kommen auf den Fels-

rippen innerhalb des Plots HALb vermehrt Zirben auf, die ihre Jugendphase überleben. In dieser Hö-

henlage (oberhalb 1950 m) bildeten diese Zirben einen Reinbestand. Dieser ist heute im Mittel 141,9

Jahre alt (Tab. 14). Vor allem im Zeitraum von 1850 bis 1950 setzt in dieser Höhenlage eine stärkere

Verjüngung durch Zirben ein. Darauf folgt eine Phase geringer Verjüngung bis in die 1970er Jahre.

Das rezente Aufkommen von Zirben und Fichten seit 1980 ist mengenmäßig vergleichbar mit dem auf

HALa, jedoch überwiegt die Zirbe.

Mit durchschnittlich 60 Jahren Verzögerung gegenüber dem tiefer liegenden Plot HALb kommen

einzelne Zirben auch in höheren Lagen (HALa) auf. Diese stocken jedoch ausschließlich innerhalb von

Latschenbewuchs, wo sie vor Wildverbiss einigermaßen geschützt sind. Die Menge an aufkommendem


78

Jungwuchs, der seine Jugendphase überlebt, nimmt stetig zu. Seit 1980 sind es jedoch Fichten, die in

den oberen Lagen die Mehrzahl neu aufkommender Individuen bilden.

Abb. 43: Aufkommen

nach Höhenlage

(entsprechend der

Höhenerstreckung

der aufgenommenen

Plots) und Spezies.

Die innerhalb des Plots HALa stockenden Individuen zeigen allgemein weder Anzeichen von Frost-

trocknis, noch scheint ihr Wachstum durch Wind bzw. Eisgebläse beeinflusst zu sein. Dadurch beding-

te physische Schäden bzw. unregelmäßige Kronenformen treten praktisch nicht auf. Lediglich an den

Stellen, die für das Wild zugänglich sind, konnten Schälschäden dokumentiert werden (Abb. 44).

bis 1700 1701-1750 1751-1800 1801-1850 1851-1900 1901-1950 1951-1980 nach 1980

Aufkommen

0

5

10

15

20

Anz

ahl

bis 1700 1701-1750 1751-1800 1801-1850 1851-1900 1901-1950 1951-1980 nach 1980

0

5

10

15

20

bis 1700 1701-1750 1751-1800 1801-1850 1851-1900 1901-1950 1951-1980 nach 1980

0

5

10

15

20

PCABPICELADE

> 2000 m

1950 - 2000 m

1820 - 1850 m

HALa

HALb

HALc


79

Abb. 44: Schälschäden an einer jungen Zirbe

(HALa-04, 2108 m). Die in den Latschen sto-

ckende Zirbe ist von einer Seite für das Wild

zugänglich. Fotos: Thomas Zieher, 02.06.2012,

Richtung Norden.

Diese Entwicklungen zeigen ein langsames Aufsteigen des Waldes (und der Waldgrenze) seit dem 17.

Jhd. Die Sukzession des Karbonat-Lärchen-Zirbenwaldes ist innerhalb des Plots HALc mit der erreich-

ten Optimalphase im Grunde abgeschlossen. Ausgenommen sind jene Flächen, die aufgrund des

Windwurfes durch den Föhnsturm im Frühjahr 2012 wieder „frei“ geworden sind. Der seit 1980 in

allen Plots aufkommende Jungwuchs muss seine Jugendphase zunächst noch überstehen. Auch den

Föhnsturm haben nicht alle Individuen überstanden (beobachtet, aber nicht im Einzelnen aufgenom-

men).

3.6.4.3. Waldentwicklung - Synthese

In der Zusammenfassung kann aus den bisher präsentierten Ergebnissen eine mögliche Waldentwick-

lung für die nähere Umgebung abgeleitet werden. Dabei wird von den aufgenommenen Plots auf das

gesamte Gebiet geschlossen. Die Aussagen werden zudem vereinfacht präsentiert und dürfen demnach

nicht überbewertet werden.

Wie bereits erwähnt ist den Resultaten der Literaturrecherche zufolge eine Nutzung der Waldbestände

im Lafatschertal bis Ende des 17. Jhd. sehr wahrscheinlich. Einerseits wurde Holz über das Lafatscher

Joch ins benachbarte Halltal bzw. nach Hall transportiert, andererseits benötigte man es mitunter auch

für den lokalen Bergbau (z.B. Grubenholz, Bedarf für das eventuelle Feuersetzen). Nach WÖß (1936)

wurde im Bereich oberhalb des Melzerdenkmales (1988 m) sogar geschmolzen. Auch das zeitlich nahe

beieinander liegende Aufkommen der Lärchen Anfang des 18. Jhd. spricht dafür, dass diese Flächen

gegen Ende des 17. Jhd. - mit Ausnahme weniger alter Zirben - leer standen (Abb. 45, a). Ob dieser

Leerstand das Ergebnis einer Nutzung in Zusammenhang mit dem nahen Bergbau oder die Folge eines

Naturereignisses war, kann nicht mit Sicherheit nachgewiesen werden. Die Tatsache, dass einzelne

Zirben vor dem beinahe zeitgleichen Aufkommen der Lärchen auf diesen Flächen stockten, spricht

eher für eine nutzungsbedingte Situation. Es ist unwahrscheinlich, dass diese Zirben im Gegensatz zu

den Lärchen ein Naturereignis ausreichender Magnitude überstanden hätten.


80

Abb. 45: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung während des 17. Jhd. (a) und während der ersten

Hälfte des 18. Jhd. (b).

Im Zeitraum von etwa 1700 bis 1750, nachdem der Bergbau weitgehend eingestellt worden war, konn-

ten sich in erster Linie Lärchen und untergeordnet Zirben etablieren. Der einschichtige Lärchenbe-

stand auf Plot HALc stammt fast ausnahmslos aus diesem Zeitraum (Abb. 45, b).

Von 1760 bis 1840 überlebten innerhalb der beprobten Flächen lediglich acht Zirben ihre Jugendpha-

se. Dieser Zeitraum, in den auch eine Hauptphase der Kleinen Eiszeit fällt, wurde von Klimarückschlä-

gen geprägt. Jungwuchs, der auch in dieser Phase aufgekommen sein dürfte, konnte das Erwachsenen-

alter größtenteils nicht erreichen. Etablierte Individuen, die aufgrund ihrer Größe den raueren Bedin-

gungen gewachsen waren, überstanden diesen Zeitraum (Abb. 46, a). Allerdings setzte ihnen der er-

höhte Umweltstress phasenweise stark zu, wie Jahrringausfälle bspw. im Jahr 1821 vor allem in den

Jahrringserien der Lärchen zeigen. Die Baumgrenze lag in dieser Zeit wie beschrieben auf 2001 m.

Abb. 46: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung während der zweiten Hälfte des 18. Jhd. bis etwa

Mitte des 19. Jhd. (a) und während der zweiten Hälfte des 19. Jhd. bis etwa Mitte des 20. Jhd. (b).

bis 175017. Jhd.G

r. K

oh

le

rr

in

ne

Kl.

K

oh

le

rr

i nn

eHALa

HALb

HALc

1800 m

1850 m

1900 m

1950 m

2000 m

2050 m

2100 m

Gr.

Ko

hl

er

rin

ne

Kl

.

Ko

hl

er

rin

ne

HALa

HALb

HALc

1800 m

1850 m

1900 m

1950 m

2000 m

2050 m

2100 m

a) b)

bis 1850

Gr. K

oh

le

rr

in

ne

Kl.

K

oh

le

rr

i nn

e

HALa

HALb

HALc

1800 m

1850 m

1900 m

1950 m

2000 m

2050 m

2100 m

aktuelle Baumgrenze

a) bis 1950

Gr. K

oh

le

rr

in

ne

Kl.

K

oh

le

rr

i nn

e

HALa

HALb

HALc

1800 m

1850 m

1900 m

1950 m

2000 m

2050 m

2100 m

modellierte klimatische Waldgrenze

aktuelle Baumgrenze

b)


81

Im Zeitraum von 1850 bis 1950 setzte eine graduelle Verjüngung ein, die um 1900 unterbrochen

wurde. Während sich die Lärche jedoch praktisch nicht verjüngte, kamen vor allem junge Zirben, aber

auch Fichten auf. Die Zirbe setzte sich in allen Höhenstufen verstärkt durch, der Fichtenjungwuchs

beschränkte sich hingegen auf den unteren Bereich des Hanges (Abb. 46, b). Die Baumgrenze lag auf

2042 m, die klimatische Waldgrenze im Durchschnitt knapp darunter.

Abb. 47: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung

seit Mitte des 20. Jhd.

Nach 1950 erreichten bis in die 1970er Jahre zunächst kaum junge Bäume das Erwachsenenalter. Erst

ab Ende der 1970er Jahre erfolgte in allen Höhenlagen eine verstärkte Verjüngung durch Zirben und

vor allem Fichten. Zirbenjungwuchs kam in der Folgezeit vereinzelt auch bis auf Höhe des Grates in

2130 m auf. Die aktuelle Waldgrenze liegt heute (Stand 2007) auf 1988 m (Punkt 4.2.4.6.), die

Baumgrenze auf 2118 m. Die modellierte klimatische Waldgrenze liegt zwischen 1950 und 2010 im

Schnitt auf ca. 2130 m (Abb. 47).

3.6.5. Jahrringbreite und Temperatur

Wie bereits beschrieben wird die Produktivität von Bäumen (und somit das Wachstum) indirekt und

direkt von klimatischen Einflüssen limitiert. Mithilfe der sogenannten „Response Function Analysis“

kann auf Basis eines statistischen Modells die Abhängigkeit der Jahrringbreite von Klimaelementen

(Temperatur und/oder Niederschlag) des gleichen und des vorhergehenden Jahres bestimmt werden

(FRITTS 1976). Die Response Function Analysis wurde mithilfe des open-source Statistikprogramms

„R“ (R Developement Core Team 2008) bzw. den beiden Packages „dplR“ (BUNN 2008) und

„bootRes“ (ZANG & BIONDI 2012) durchgeführt. Letzteres ist ein Klon des Programms DENDRO-

CLIM2002 (BIONDI & WAIKUL 2004).

Die Response Coefficients wurden für die RCS-Chronologien der beprobten Zirben und Lärchen so-

wie der Kombination beider gegen die jährlichen Temperaturabweichungen vom klimatologischen

Mittel 1961-1990 für den Einzugsbereich des Untersuchungsgebietes (entsprechende Rasterzelle des

gerasterten 5x5‘ Histalp-Datensatzes von 2008, AUER et al. 2007) über den Zeitraum von 1901 bis

2008 berechnet (Abb. 48). Dabei wurden die Monate vom Mai des Vorjahres (Kleinbuchstaben) bis

bis 2011

Gr.

Ko

hl

er

rin

ne

Kl

.

Ko

hl

er

rin

ne

HALa

HALb

HALc

1800 m

1850 m

1900 m

1950 m

2000 m

2050 m

2100 m

modellierte klimatische Waldgrenze

aktuelle Baumgrenze

aktuelle Waldgrenze


82

September des laufenden Jahres (Großbuchstaben), sowie die mittlere Sommertemperatur (JJA) und

Jahresmitteltemperatur (JAHR) berücksichtigt. Signifikante Zusammenhänge (95% Signifikanzniveau)

sind mit einem „s“ gekennzeichnet.

Die in Abb. 48 dargestellten Koeffizienten beschreiben zunächst eine allgemeine Sensitivität der Jahr-

ringbreite gegenüber der Sommertemperatur (JJA), insbesondere der Temperatur während der Monate

Juni und Juli. Diese Zusammenhänge sind statistisch signifikant. Nach Spezies betrachtet sind für das

Dickenwachstum der Zirbe vor allem die Temperaturen während der Monate Juni und Juli des glei-

chen Jahres sowie der Monate Juni und November des Vorjahres ausschlaggebend. Die Temperaturen

während der Wintermonate korrelieren dagegen negativ (davon statistisch signifikant: Dezember des

Vorjahres und Februar) mit der Jahrringbreite. Dies würde bedeuten, dass diese Zirben bei geringeren

Temperaturen während des Winters in der darauf folgenden Vegetationsperiode breitere Jahrringe

ausbilden (FRITTS 1976). Die Lärche ist vor allem sensitiv gegenüber den Temperaturmitteln der Mo-

nate Mai bis Juli. Eine Erklärung dafür ist die Ausbildung der Nadeln bis etwa Mitte Juni sowie die

kürzere vegetative Phase dieser Spezies. Die mittlere Temperatur des Monats September korreliert mit

der Jahrringbreite hingegen signifikant negativ.

Abb. 48: Koeffizienten der Response Function Analysis, berechnet für die mittlere jährliche Jahrringbreite je

Spezies (Zirbe – dunkelgrün; Lärche – hellgrün) gegen die Monatsmittel der Temperatur (Mai des Vorjahres

bis September des laufenden Jahres), sowie die mittlere Sommer- und Jahrestemperatur. Datenquelle:

Histalp-Datensatz 2008, AUER et al. 2007.

Die Abhängigkeit der Jahrringbreite gegenüber den Temperaturmitteln einzelner Monate kann sich im

Laufe der Zeit ändern. Mithilfe einer zeitlich variablen Response Function Analysis kann diese verän-

derliche Abhängigkeit dargestellt werden (BIONDI & WAIKUL 2004). Abb. 49 und Abb. 50 zeigen die

Koeffizienten der Moving Response Function Analysis mit einem jeweils um zwei Jahre versetzten

Zeitfenster von 30 Jahren für die Zirben-RCS-Chronologie (Abb. 49) und die Lärchen-RCS-

Chronologie (Abb. 50). Die Monatsmittel der Temperatur entstammen der entsprechenden Rasterzelle

aus dem Histalp-Datensatz von 2008 (AUER et al. 2007). Berücksichtigt wurden wie bereits zuvor die

Monate beginnend mit Mai des Vorjahres bis September des laufenden Jahres, sowie Sommer- und

Jahresmitteltemperatur von 1901 bis 2008. Die Skalierung der beiden Abbildungen ist nicht ident.

1901-2008

m j j a s o n d J F M A M J J A S JJA JAHR

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

s

ss

s

s

s

s s

s

s s

s

PICELADEKombination

m j j a s o n d J F M A M J J A S JJA JAHR

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Res

pons

e C

oeffi

cien

ts

s s s


83

Für die beprobten Zirben ist eine klare Abhängigkeit der Jahrringbreite von den Temperaturmitteln

der Monate Juni und vor allem Juli sowie der Monate Juni und November des Vorjahres über den

gesamten Zeitraum zu beobachten. Der Zusammenhang zwischen der Jahrringbreite und der Monats-

mitteltemperatur des Monats Juni ist im Zeitraum von etwa 1950 bis 1990 weniger stark ausgeprägt

und zwischen 1953 bis 1982 sogar leicht negativ. Die allgemein signifikant negativen Korrelationen

zwischen der Jahrringbreite und den Temperaturmitteln der Monate Dezember (des Vorjahres) und

Februar bestehen über den gesamten Zeitraum. Eine Ausnahme bildet im Falle des Monatsmittels des

Dezembers lediglich der Zeitraum von 1943 bis 1972. Für die beprobten Zirben spielt die Temperatur

während des Augusts scheinbar eine geringere Rolle. Ähnliche Untersuchungen zeigten eine wesentlich

höhere Korrelation (BÜNTGEN et al. 2005). Die mittlere Temperatur während der Sommermonate

korreliert dagegen stark mit der Jahrringbreite. Über den gesamten Zeitraum wird ein mittlerer Koeffi-

zient von 0,25 (±0,05) erreicht. Der mittlere Koeffizient für die Jahresmitteltemperatur liegt dagegen

bei -0,04 (±0,08) womit diese für die Jahrringbreite irrelevant ist.

Eine interessante Entwicklung zeigen die Korrelationen der Jahrringbreite mit der mittleren Tempera-

tur des Monats Mai. Bis etwa Mitte des 20. Jhd. liegt ein negativer Zusammenhang vor. Seit den

1950er Jahren ist dieser Zusammenhang jedoch durchwegs positiv. Auch die Koeffizienten für den

Monat April nehmen zuletzt leicht zu wobei zeitgleich jene des Monats August abnehmen. Demnach

reagiert die Jahrringbreite zunehmend sensitiv gegenüber den Temperaturmitteln der Monate April

und Mai. Dies spricht für ein früheres Einsetzen der Wachstumsphase, wie es aufgrund des allgemei-

nen Temperaturanstieges erwartet werden könnte.

Abb. 49: Koeffizienten der Moving Response Function Analysis der Zirben-RCS-Chronologie über den Zeit-

raum von 1901 bis 2008 mit einem jeweils um zwei Jahre versetzten Zeitfenster von 30 Jahren. Berücksich-

tigt wurden die Monate vom Mai des Vorjahres bis September des laufenden Jahres. Referenzdaten der

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S

JJA

JAHR

A

J

J

M

A

M

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J

d

n

o

s

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j

j

m

−0,31

−0,27

−0,19

−0,13

−0,06

0,0

0,10

0,20

0,30

0,40

0,51


84

Temperatur stammen von der entsprechenden Rasterzelle des Histalp-Datensatzes von 2008, AUER et al.

2007.

Der für die beprobten Lärchen allgemein signifikant positive Zusammenhang zwischen der Jahrring-

breite und den Temperaturmitteln der Monate Juni und Juli sind über den gesamten Zeitraum positiv.

Die Koeffizienten für den Monat Juni des Vorjahres weisen seit Mitte des 20. Jhd. durchwegs positive

Werte auf. Auch für die beprobten Lärchen scheinen die Temperaturen während des Augusts weniger

ausschlaggebend zu sein. Die mittlere Temperatur während der Sommermonate korreliert dagegen

auch im Falle der Lärche stark mit ihrer Jahrringbreite. Über den gesamten Zeitraum wird ein mittlerer

Koeffizient von 0,22 (±0,04) erreicht. Der mittlere Koeffizient für die Jahresmitteltemperatur liegt bei -

0,07 (±0,10) womit diese für die Jahrringbreite ebenfalls nicht ausschlaggebend ist.

Die bereits bei der Zirbe beschriebene zunehmende Sensitivität der Jahrringbreite gegenüber den Mo-

naten April und Mai ist auch anhand der Ergebnisse für die Lärche erkennbar. Die Vorzeichen der

Koeffizienten der Monate April und Mai kehren sich ab den 1950er (Mai) bzw. den 1960er Jahren

(April) um. Auch der vor allem zwischen 1910 bis 1980 stark negative Zusammenhang zwischen der

Jahrringbreite und dem Temperaturmittel des Monats März ist zuletzt nur mehr leicht negativ. Ähnli-

ches gilt für den Monat September.

Abb. 50: Koeffizienten der Moving Response Function Analysis der Lärchen-RCS-Chronologie über den Zeit-

raum von 1901 bis 2008 mit einem jeweils um zwei Jahre versetzten Zeitfenster von 30 Jahren. Berücksich-

tigt wurden jeweils die Monate vom Mai des Vorjahres bis September des laufenden Jahres. Referenzdaten

der Temperatur stammen von der entsprechenden Rasterzelle des Histalp-Datensatzes von 2008, AUER et al.

2007.

3.6.6. Rekonstruktion der Sommertemperatur

Die Ergebnisse der Response Function Analysis weisen auf eine signifikante Abhängigkeit der Jahrring-

breite vom Temperaturmittel während des Sommers hin. Daher ist es gerechtfertigt, die standardisier-

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2

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JJA

JAHR

A

J

J

M

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M

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J

d

n

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j

j

m

−0,37

−0,30

−0,22

−0,15

−0,07

0,0

0,08

0,16

0,24

0,32

0,40


85

ten Jahrringserien als Proxy für die Sommertemperatur heranzuziehen (BÜNTGEN et al. 2005). Die

Zirben- und Lärchen-RCS-Chronologien wurden daher anhand der jährlichen Abweichungen der

Sommertemperatur des Histalp-Datensatzes von 2008 (AUER et al. 2007) über den Zeitraum von 1901

bis 2000 skaliert (Anpassung von Mittelwert und Standardabweichung der RCS-Chronologien an die

entsprechenden Werte der Temperaturzeitreihe, ESPER et al. 2005). Dieser Zeitraum wurde gewählt,

da die Temperaturzeitreihe der Station Zugspitze, die sich in geringer Entfernung zum Untersu-

chungsgebiet befindet, erst ab 1900 in den Histalp-Datensatz einfließt. Die Daten seit 2000 blieben

unberücksichtigt, um auch für das zentrierte 15jährige gleitende Mittel (endet im Falle der Histalp-

Zeitreihe im Jahr 2001) Korrelationen über die gesamte Periode berechnen zu können. Der Zeitraum

vor 1836 ist von der Zirbenchronologie nur unzureichend belegt (n < 15). Zudem weist die Histalp-

Temperaturzeitreihe bis um 1850 aufgrund der „Frühen Instrumentellen Periode“ systematisch zu

hohe Temperaturen auf, zumal der verwendete Histalp-Datensatz in diesem Zeitraum noch nicht kor-

rigiert wurde (BÖHM et al. 2009).

Tab. 16 gibt die Mittelwerte und Standardabweichungen der skalierten Jahrringindices der RCS-

Chronologien und der Histalp JJA-Temperaturzeitreihe seit 1851 in Schritten von 50 Jahren sowie

über den gesamten Zeitraum an. Abb. 51 zeigt die beiden skalierten RCS-Chronologien (ab einer Bele-

gung von mindestens 15 Serien) im Vergleich mit der jährlichen Abweichung der Sommertemperatur

(JJA) vom klimatologischen Mittel 1961-1990. Zusätzlich werden auch die beiden skalierten RCS-

Chronologien miteinander verglichen. In Tab. 17 sind die entsprechenden Korrelationskoeffizienten

aufgelistet.

1851-1900 1901-1950 1951-2000 1851-2000 1901-2000

Mittel SD

Mittel SD

Mittel SD

Mittel SD Mittel SD

LADE 0,10 1,00 -0,02 0,97 0,00 0,84 0,03 0,93 -0,01 0,90 PICE -0,26 0,87

0,02 1,04

-0,03 0,75

-0,09 0,90

-0,01 0,90

Histalp JJA -0,08 0,79 -0,22 0,91 0,21 0,86 -0,03 0,87 -0,01 0,90

Tab. 16: Mittelwerte [°C] und Standardabweichungen (SD) der RCS-Chronologien und der Histalp JJA-

Temperaturzeitreihe seit 1851 relativ zur Klimanormalperiode 1961-1960. Skalierung der RCS-Chronologien

über den Zeitraum 1901 bis 2000. Datenquelle: Histalp-Datensatz 2008, AUER et al. 2007.

Von 1851 bis 1900 liegt der Histalp-Datensatz im Durchschnitt zwischen Zirben- und Lärchenchro-

nologie. Bis etwa 1875 weist die Lärchenchronologie im Vergleich zu den anderen beiden Zeitreihen

im Mittel höhere Werte bei stärkerer Variabilität auf. Allem voran das Jahr 1875 (+2,7 SD) scheint ein

außerordentlich guter Sommer für die beprobten Lärchen gewesen zu sein. Die Zirbenchronologie liegt

dagegen vor allem zu Beginn dieses Zeitintervalls niedriger als die Histalp-Zeitreihe. Ab etwa 1860

zeigen beide Zeitreihen einen ähnlichen Verlauf. Im Gegensatz zur Lärchenchronologie weist die

Zirbenchronologie kaum nennenswerte Korrelationen mit der Histalp-Zeitreihe auf. Die beiden Chro-

nologien verlaufen in diesem Zeitraum mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,62 (15j. g. Mittel:

0,74) jedoch ähnlich.

Von 1901 bis 1950 liegen beide Chronologien im Mittel über der Histalp-Zeitreihe. Während der

1910er und 1920er Jahre unterschreiten die Werte der Zirbenchronologie jene der Histalp-Zeitreihe,


86

in den 1940er Jahren liegen die der Lärchenchronologie darunter. Während dieses 50jährigen Zeit-

raumes korreliert die Zirbenchronologie besser mit den Histalp-Daten (Einzeljahre: 0,54; 15j. g. Mit-

tel: 0,89), wobei auch der Vergleich mit der Lärchenchronologie sehr hohe Korrelationskoeffizienten

ergibt (Einzeljahre: 0,60; 15j. g. Mittel: 0,83).

Im Zeitraum von 1951 bis 2000 liegt die Histalp-Zeitreihe im Schnitt - vor allem aber gegen Ende der

Periode – höher als die beiden Chronologien. Der Vergleich mit der Lärchenchronologie zeigt dabei

eine deutlich bessere Übereinstimmung (Einzeljahre: 0,66; 15j. g. Mittel: 0,91). Die beprobten Zirben

scheinen langsamer auf den rezenten Temperaturanstieg zu reagieren.

Über den gesamten Zeitraum von 1851 bis 2000 betrachtet, liegt die Zeitreihe des Histalp-Datensatzes

im Durchschnitt zwischen jenen der beiden Chronologien. Die Lärchenchronologie liegt leicht dar-

über, die Zirbenchronologie etwas darunter bei etwa gleicher Variabilität. Auffällig ist, dass an diesem

Standort die Lärchenchronologie wesentlich besser mit den Sommertemperaturen des Histalp-

Datensatzes korreliert (Einzeljahre: 0,53; 15j. g. Mittel: 0,70). Ein Vergleich der Histalp-Daten mit der

Zirbenchronologie führt zu geringeren Korrelationskoeffizienten (Einzeljahre: 0,38; 15j. g. Mittel:

0,43). Eine Übereinstimmung, wie von NICOLUSSI & THURNER (2011) für eine lokale Zirben-RCS-

Chronologie in den Ötztaler Alpen publiziert (Einzeljahre: 0,62 über den Zeitraum von 1850 bis

2008), wird hier nicht erreicht.

Abb. 51: Rekonstruierte jährliche Abweichungen der Sommertemperatur anhand der skalierten Lärchen-

und Zirben-RCS-Chronologie im Vergleich mit den jährlichen Abweichungen der mittleren Sommertempera-

tur (Histalp-Datensatz) vom klimatologischen Mittel 1961-1990. Jährliche Mittelwerte und zentriertes

-3

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-1

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1

2

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dT [°

C]

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dT [°

C]

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-2

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3

dT [°

C]

1800 1850 1900 1950 20001775 1825 1875 1925 1975

Kalenderjahre

0

20

40

60

Bel

egun

g

LADE vs. Histalp JJA

PICE vs. Histalp JJA

LADE vs. PICE


87

15jähriges gleitendes Mittel. Die Skalierung der RCS-Chronologien erfolgte über den Zeitraum 1901 bis

2000. Im untersten Diagramm ist die zeitlich variable Belegung aufgetragen. Datenquelle: Histalp-Datensatz

2008, AUER et al. 2007.

Vergleiche 1851-1900 1901-1950 1951-2000 1851-2000

Einzelj. 15j. Mittel




LADE vs. Histalp JJA 0,51 0,74 0,49 0,78 0,66 0,91 0,53 0,70 PICE vs. Histalp JJA 0,18 0,15

0,54 0,89

0,42 0,36

0,38 0,43

LADE vs. PICE 0,62 0,74 0,60 0,83 0,60 0,55 0,59 0,63 Komb. vs. Histalp JJA 0,44 0,61 0,56 0,86 0,53 0,85 0,53 0,67

Tab. 17: Korrelationskoeffizienten der Vergleiche der drei (Sommertemperatur-) Zeitreihen (Rekonstruktion

mittels LADE-, PICE-RCS-Chronologie und ihrer Kombination bzw. Histalp JJA-Temperaturmittel) über ver-

schiedene Zeiträume. Datenquelle: Histalp-Datensatz 2008, AUER et al. 2007.

3.6.7. Prognose für die Entwicklung der Wald- und Baumgrenze

Die vorliegenden Ergebnisse belegen einen allgemeinen Anstieg der Baumgrenze in jüngerer Vergan-

genheit. Hält die gegenwärtige Entwicklung der Temperatur an, ist auch in Zukunft von ähnlichen

Verlagerungen der Baumgrenze auszugehen (vgl. KÖRNER 2012b). Aufgrund der topographischen

Voraussetzungen ist dies in unmittelbarer Umgebung zum Untersuchungsgebiet nicht mehr möglich.

Allerdings könnte sich mit einiger Verzögerung auch die Waldgrenze aufwärts verlagern. Die model-

lierte Höhenlage der klimatischen Waldgrenze liegt derzeit bereits oberhalb des Grates. Demnach wäre

über einen Höhenbereich von etwa 130 m oberhalb der aktuellen Waldgrenze durchaus Potenzial für

einen künftigen Waldbestand. Als Konsequenz würde die derzeitige alpine Vegetation oberhalb der

aktuellen Waldgrenze zusehends verdrängt (TINNER & KALTENRIEDER 2005). Im Fall des Untersu-

chungsgebietes würde das Aufsteigen des Waldes bedingt durch den Wildverbiss zusätzlich verzögert.

Den Ergebnissen des Vergleichs der Landbedeckung zwischen 1954 und 2009 zufolge breiten sich die

Latschen auf den freien, derzeit von alpinem Rasen eingenommenen Flächen oberhalb der Waldgrenze

aus. Dadurch nimmt die Fläche, auf der Jungwuchs potenziell vor Wildverbiss geschützt wäre, zu. Zu-

nächst könnte sich das Aufsteigen einzelner Individuen dadurch beschleunigen. Bis daraus letztendlich

ein Waldbestand entsteht, wird wahrscheinlich noch viel Zeit vergehen.

88

4. Abschnitt Fernerkundung

89


4.1. Photogrammetrie

Ein Ziel der Auswertung der Orthofotos war, sowohl Baum- als auch Waldgrenze entlang des gesamten

Tales zu kartieren und sie nach ihren möglichen Ursachen zu klassifizieren. Des Weiteren wurde ein

Vergleich mit älteren Luftbildern angestellt, um zwischenzeitliche Veränderungen der Landoberfläche

zu quantifizieren. In den folgenden Punkten wird auf diese beiden Aufgabenstellungen eingegangen.

4.1.1. Klassifizierung der Baum- und Waldgrenze im Lafatschertal

Luftbilder bzw. daraus generierte Orthofotos eignen sich gut für die Kartierung der Baum- und Wald-

grenze. Vor allem letztere ist in hochaufgelösten Orthofotos gut erkennbar. Sie kann für ganze Täler

ohne Ortsaugenschein kartiert werden. Die Baumgrenze ist dagegen schwieriger abgrenzbar, da die

obersten Individuen in der Regel von niedriger Statur sind und isoliert stocken. Ihre Wuchshöhe kann

nur abgeschätzt werden, wodurch die lt. Definition eines erwachsenen Baumes notwendige Höhe von

2 m nur bedingt erfüllbar ist. Eine Geländebegehung ist daher meist unumgänglich.

Baum- und Waldgrenze wurden für das Lafatschertal auf Basis des Farb-Orthofotos von 2009 unter

Berücksichtigung der im Gelände erhobenen Daten kartiert. Ihre Positionen variieren kleinräumig, da

sie meist durch lokale Gegebenheiten überprägt werden (HOLTMEIER 2003, Punkt 1.4.3.6.). LEONEL-

LI et al. (2011) klassifizierten die in Orthofotos kartierte Baum- und Waldgrenze in drei Tälern der

Region Val d’Aosta nach ihrer wahrscheinlichen Ursache, die in drei Kategorien zusammengefasst

wurden:

• Geomorphologisch

• Nutzungsbedingt

• Klimatisch

Für das Lafatschertal wurde noch eine zusätzliche Kategorie (Topographisch) gewählt, da der Waldbe-

stand mitunter aufgrund der begrenzten Höhenerstreckung geeigneter Hänge limitiert wird. Besonders

auf der orographisch linken Talseite verhindern steile Felswände ein weiteres Aufsteigen des Waldbe-

standes, wobei geomorphologische Prozesse im Gegensatz zur orographisch rechten Talseite nur eine

untergeordnete Rolle spielen dürften. Eine nutzungsbedingte Herabsetzung der Wald- oder Baumgren-

ze konnte im Untersuchungsgebiet nicht festgestellt werden.

Zunächst wurden auf Basis des Farborthofotos von 2009 auf beiden Talseiten des Lafatschertals im

Abstand von ungefähr 400 m die höchstgelegenen Wald- bzw. Baumbestände kartiert. Die Wuchshöhe

konnte aufgrund der Schatten abgeschätzt werden. Um die Interpretation der möglichen Ursachen zu

erleichtern, wurden die potenziell von Felssturz betroffenen Flächen mithilfe eines statistischen Modells

ausgewiesen. Als Datengrundlage diente das frei zugängliche Geländemodell des Landes Tirol mit einer

Auflösung von 10 m. Diese Auflösung ist nach ZIEHER et al. (2012) für Felssturzmodellierungen auf


90

regionalem Maßstab ausreichend. Das Modell wurde anhand der Auslaufzone der Großen Kohlerrinne

kalibriert (ZIEHER et al. 2012). Die Modellierung erfolgte letztlich mit einem geometrischen Gefälle

von 33° und 100 Iterationen (Abb. 52).

Abb. 52: Typisierung der Wald- und Baumgrenze im Lafatschertal. Orthofoto und Höhenlinien: Amt der

Tiroler Landesregierung, Abteilung Geoinformation.

Vor allem auf der orographisch rechten Talseite werden Baum- und Waldgrenze von Naturraumpro-

zessen herabgesetzt. Beide Höhengrenzen liegen in diesem Talabschnitt zwischen 1500 und 1700 m.

Die Baumgrenze liegt stets knapp oberhalb der Waldgrenze. Im Bereich des Untersuchungsgebietes

steigen sowohl Baum- als auch Waldgrenze markant an. Die Baumgrenze liegt aktuell wie bereits be-

schrieben auf 2118 m, die Waldgrenze auf etwa 1988 m. In diesem Bereich wurden beide Höhengren-

zen als klimatisch bedingt klassifiziert. Streng genommen wäre es den zuvor gezeigten Ergebnissen nach

möglich, dass sowohl Baum- als auch Waldgrenze größere Höhen erreichen könnten. Bei einer ange-

nommenen Verzögerung der Reaktion der Waldgrenze auf ansteigende Temperaturen von 100 Jahren

liegt die aktuelle Waldgrenze um etwa 100 hm zu tief (Mittel der modellierten Höhenlage der klimati-

schen Waldgrenze der letzten 100 Jahre: 2094 m). Die Baumgrenze ist dagegen an ihrer topographi-

schen Obergrenze angelangt und könnte demnach auch als „topographisch bedingt“ klassifiziert wer-

den. Da jedoch eine starke Sensitivität gegenüber der Temperatur nachgewiesen wurde, ist diese Zu-

ordnung gerechtfertigt.

Der Bereich um das Überschalljoch (1912 m) ist nicht bewaldet. Auf der orographisch linken Talseite

werden Wald- und Baumgrenze vor allem durch die steil abfallenden Felsflanken am weiteren Aufstei-

gen gehindert. Die höchsten Positionen werden an jenen Stellen erreicht, an denen keine direkte Ge-

fährdung durch Naturraumprozesse vorliegt.


91

4.1.2. Vergleich der Landoberfläche 1954 – 2009

Um neben den raumzeitlichen Veränderungen von Baum- und Waldgrenze auch den rezenten Wandel

der Landoberfläche in deren Umfeld zu erfassen, wurde ein Vergleich zwischen einem Orthofoto

(2009) und Luftbildern (1954) angestellt. Damit können Veränderungen während der dazwischen

liegenden 55 Jahre quantifiziert und analysiert werden.

4.1.2.1. Verwendete Datengrundlage

Um eine gute Aussage über zwischenzeitliche Veränderungen treffen zu können, sollte der Zeitraum

zwischen den Aufnahmezeitpunkten der zu vergleichenden Bilder möglichst groß sein. Die ersten Bild-

flüge wurden während der Nachkriegszeit in den Jahren 1946 und 1947 durchgeführt. Aufgrund der

Schatten und unzureichenden Auflösung dieser Aufnahmen mussten Luftbilder von der Waldstands-

aufnahme D aus dem Jahr 1954 verwendet werden. Aus dieser Befliegung wurden zwei schwarz-weiß

Luftbilder vom Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) Österreich im Maßstab von etwa

1:20.000 mit einer räumlichen Auflösung von 1 m erworben. Die Rektifizierung der beiden Luftbilder

erfolgte mithilfe der Software OrthoEngine (PCI Geomatics).

Das Referenz-Orthofoto stammt von der Befliegung im Jahr 2009 und wurde von der Abteilung für

Geoinformation des Landes Tirol bereitgestellt. Die sechs digitalen Blattschnitte (RGB) mit einer

räumlichen Auflösung von 0,2 m wurden zusammengefügt und entsprechend des Untersuchungsgebie-

tes beschnitten.

4.1.2.2. Klassifizierung der Orthofotos

Um einen Vergleich der Landoberfläche zu den beiden Aufnahmezeitpunkten anstellen zu können,

musste diese anhand der Bilddaten klassifiziert werden. Das zu vergleichende Gebiet im Nahbereich

des Untersuchungsgebietes wurde seitlich anhand zweier markanter Rinnen abgegrenzt. Talseitig be-

grenzt die Forststraße das Areal, bergseits der Grat. Das etwa 0,8 km² große Gebiet erstreckt sich von

etwa 1600 bis ca. 2150 m. Für beide Aufnahmezeitpunkte wurden die Klassen Fels/Schutt, Wei-

de/Rasen, Bäume und Latschen gewählt. Siedlungselemente oder Infrastruktur kommen innerhalb des

Areals nicht vor.

Im Falle der S/W-Orthofotos von 1954 (aus den Luftbildern generiert) konnte keine halb- oder vollau-

tomatische Klassifizierung durchgeführt werden, da dies mit lediglich einem Kanal (8 bit Grauwerte)

nicht möglich ist. Aus diesem Grund wurde die Klassifizierung manuell durchgeführt. Die Digitalisie-

rung erfolgte auf einem Maßstab von 1:200 um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen. Für die Klassi-

fizierung des Farb-Orthofotos von 2009 wurde die Maximum-Likelihood-Methode (überwachte Klas-

sifizierung) entsprechend der Klassen angewendet. Da sich die spektralen Eigenschaften der Klassen

„Latschen“ und „Bäume“ sehr ähneln, waren die Ergebnisse für diese Klassen unzureichend. Aus die-

sem Grund wurden die mithilfe der Einzelbaumextraktion aus Laserscandaten abgegrenzten Baumkro-


92

nen verwendet (Punkt 4.2.3.). Das Ergebnis der Klassifizierung wurde in abgeschatteten Bereichen

manuell korrigiert.

Abb. 53: Vergleich des aus S/W-Luftbildern generierten Orthofotos aus dem Jahr 1954 (a) und des Farb-

Orthofotos aus dem Jahr 2009 (b). Der dargestellte Ausschnitt zeigt den oberen Teil des Untersuchungsge-

biets. Visuell sind vor allem betreffend der Ausbreitung der Latschen Unterschiede ersichtlich. Durch das

Ergebnis der Oberflächenklassifizierung zu den Aufnahmezeitpunkten 1954 (c) und 2009 (d) werden diese

Unterschiede untermauert. S/W-Luftbilder: Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen; Orthofoto und

Höhenlinien: Amt der Tiroler Landesregierung, Abteilung Geoinformation.

4.1.2.3. Vergleich der Oberflächenklassen 1954 – 2009

Nach erfolgter Klassifizierung in die beschriebenen vier Klassen wurden die einzelnen Flächenanteile

nach Höhenstufen unterteilt. Dazu mussten sie mit Höhenlinien (Äquidistanz 100 m), die aus dem

abgeleiteten Geländemodell (Punkt 4.2.2.) generiert wurden, verschnitten werden. Der anschließende

Vergleich erfolgte anhand der relativen Flächenanteile an der Gesamtfläche je Höhenstufe (Abb. 54).


93

Die größten Flächenanteile entfallen auf die Klassen „Weide/Rasen“ und „Latschen“, die im Jahr 2009

gemeinsam 85,7% der gesamten Fläche einnehmen (1954: 86,5%). Latschen dominieren vor allem

den mittleren Hangbereich, Wiesen bzw. alpinen Rasen nehmen vornehmlich im unteren und obersten

Bereich des Untersuchungsgebietes größere Flächen ein. Die Klasse „Fels/Schutt“ tritt in den oberen

Höhenstufen häufig auf und verliert nach unten hin an Bedeutung. Die von Baumkronen überschatte-

te Fläche nimmt dagegen mit der Höhe ab und bildet insgesamt den geringsten Flächenanteil.

Abb. 54: Relative Flächenanteile der Klassen Fels/Schutt, Weise/Rasen, Bäume und Latschen je Höhenstufe

im Jahr 1954 (a) und 2009 (b).

Die absoluten Flächen je Klasse und Höhenstufe zu den beiden Aufnahmezeitpunkten, sowie die rela-

tive Änderung innerhalb des Zeitraumes von 1954 bis 2009 sind in Tab. 18 aufgelistet. Relativ be-

trachtet ändern sich die Flächenanteile aller Klassen deutlich, mit Ausnahme der Klasse Fels/Schutt.

Absolut gesehen sind jedoch nur die Änderungen der Klassen „Weide/Rasen“ und „Latschen“ relevant.

Höhenstufe Fels/Schutt Weide/Rasen Bäume Latschen

1954 2009 rel.

1954 2009 rel.

1954 2009 rel.

1954 2009 rel.

2100-2150 2,03 1,61 -26%

2,78 2,48 -12%

0,00 0,00 -

0,81 1,53 +47% 2000-2100 0,84 0,93 +10%

6,17 4,60 -34%

0,00 0,00 +9%

3,08 4,56 +33%

1900-2000 1,30 1,14 -13%

1,96 1,27 -54%

0,07 0,08 +12%

6,43 7,27 +11% 1800-1900 1,01 0,82 -22%

1,60 1,03 -55%

0,47 0,61 +22%

10,14 10,76 +6%

1700-1800 0,45 0,49 +7%

8,34 6,42 -30%

1,88 2,23 +16%

10,63 12,16 +13% 1600-1700 0,42 1,07 +60%

10,65 8,97 -19%

1,89 2,05 +7%

4,01 4,90 +18%

Gesamt 6,04 6,06 ±0%

31,52 24,78 -27%

4,32 4,97 +13%

35,10 41,18 +15%

Tab. 18: Absolute Flächen (Hektar) nach Klassen je Höhenstufe für die Jahre 1954 und 2009, sowie die rela-

tive Änderung.

Die relativen Flächenanteile der einzelnen Klassen werden je Höhenstufe und Aufnahmezeitpunkt in

Abb. 55 gegenübergestellt. Der direkte Vergleich der beiden Aufnahmezeitpunkte zeigt, dass sich die

Fläche der Klasse „Fels/Schutt“ (Abb. 55, a) nur geringfügig ändert. Lediglich in der Höhenstufe von

1600 bis 1700 m nimmt die Fläche dieser Klasse aufgrund ein oder mehrerer Felssturzereignisse in der

Großen Kohlerrinne deutlich zu (+60%). In der obersten Höhenstufe vermindert sich die Ausdehnung

der Klasse „Fels/Schutt“ um etwa 26% von 2,03 auf 1,61 Hektar.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Relativer Flächenanteil

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

See

höhe

[m

]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1


1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

See

höh

e [m

]

Fels/SchuttWeide/RasenBäumeLatschen

a) b)


94

Die von Baumkronen überschirmte Fläche steigt insgesamt von etwa 4,32 auf 4,97 Hektar um ca. 13%

an (Abb. 55, c). Vor allem im mittleren Bereich des Hanges (1800-1900 m) nehmen diese Flächenan-

teile deutlich zu (22%). In dieser Höhenlage kommen innerhalb des Latschengürtels vermehrt einzeln

stehende Bäume auf.

Wesentliche Veränderungen sind jedoch bei den Klassen „Weide/Rasen“ (Abb. 55, b) und „Latschen“

(Abb. 55, d) erkennbar. Die Fläche ersterer nimmt insgesamt von etwa 31,52 auf 24,78 Hektar ab. Das

entspricht einer Reduktion um 27%. Diese Flächen werden in erster Linie von Latschen eingenom-

men. Die Ausdehnung dieser Klasse steigt über den Zeitraum von 1954 bis 2009 um etwa 15% von

35,10 auf 41,18 Hektar an. Vor allem in der Höhenstufe von 2000 bis 2100 m ist klar eine Abnahme

der Fläche der Klasse „Weide/Rasen“ (-34%) zugunsten der Klasse „Latschen“ (+33%) ersichtlich. Im

Bereich von 2100 bis 2150 m nimmt die von Latschen eingenommene Fläche ebenfalls deutlich zu

(+47%). Die Klassen „Fels/Schutt“ und „Weide/Rasen“ verzeichnen in dieser Höhenlage die entspre-

chenden Flächenverluste.

Abb. 55: Vergleich der relativen Flächenanteile je Höhenstufe aus den Jahren 1954 (strichliert) und 2009 für

die Klassen Fels/Schutt (a), Weide/Rasen (b), Bäume (c) und Latschen (d).

4.1.3. Probleme und Limitationen

Da der Vergleich der beiden Datengrundlagen auf Basis unterschiedlicher Klassifizierungsmethoden

erfolgte, muss die Genauigkeit der Ergebnisse dementsprechend hinterfragt werden. Die manuelle

Klassifizierung der Orthofotos aus dem Jahr 1954 wurde im größtmöglichen Maßstab durchgeführt.

Da für 1954 zwei Orthofotos aus zwei Luftbildern mit verschiedenen Perspektiven vorlagen, konnten

abgeschirmte Objekte besser erkannt werden. Die vier gewählten Klassen ließen sich anhand der

Grauwerte gut unterscheiden, lediglich in abgeschatteten Bereichen innerhalb des Waldbestandes war

eine eindeutige Klassifizierung nur bedingt möglich.

An den grundsätzlichen Aussagen bezüglich der Klassen „Fels“, „Weide/Rasen“ und „Latschen“ ändern

die Unsicherheiten in der Klassifizierung nichts, diese Änderungen sind auch visuell ersichtlich. Die

Zunahme der von Baumkronen überschirmten Fläche liegt wahrscheinlich in der Schwankungsbreite

der Unsicherheiten.

0 0.25 0.5 0.75 1


1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

Se

ehö

he

[m]

0 0.25 0.5 0.75 1


1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

Se

ehö

he

[m]

0 0.25 0.5 0.75 1


1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

Se

ehö

he

[m]

0 0.25 0.5 0.75 1


1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

Se

ehö

he

[m]

1954

2009a) b) c) d)


95

4.2. Laserscanning

Ein Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine möglichst automatisierte Methode zur Erfassung der Waldgren-

ze auf Basis von ALS-Daten (airborne laser scanning) zu entwickeln. Voraussetzung dafür ist die Detek-

tion und Extraktion einzelner Individuen. Mithilfe des in Python 2.7 (PYTHON SOFTWARE FOUNDA-

TION 2012) implementierten Algorithmus können einzelne Baumkronen erfasst und verschiedene

Parameter abgeleitet werden. Anhand dieser Daten kann die Position der aktuellen Waldgrenze (Ober-

grenze des Waldes nach österreichischem Forstgesetz 1975) bestimmt werden. Zudem ist eine räumli-

che Analyse des lokalen Bestandes möglich. In den folgenden Punkten werden Herangehensweise,

Ergebnisse und Limitationen erläutert.

4.2.1. Datengrundlage

Die verwendeten ALS-Punktdaten wurden von der Abteilung für Geoinformation des Landes Tirol zur

Verfügung gestellt. Die Befliegungen im Untersuchungsgebiet fanden 2006 und 2007 statt. Das aus-

gewählte Gebiet von 2.310.400 m² (Quadrat, Kantenlänge 1.520 m) enthält ca. 8,5 Mio. Punkte.

Damit beträgt die mittlere Punktdichte 3,65 Punkte/m². Die Daten liegen standardmäßig in der Pro-

jektion MGI Austria GK West (geod. Datum: MGI, Referenzellipsoid: Bessel 1941) vor.

4.2.2. Oberflächen- und Geländemodell

Aufgrund der Punktdichte war es nicht sinnvoll die Auflösung von Geländemodell (DGM; engl.

DTM, digital terrain model) und Oberflächenmodell (DOM; engl. DSM, digital surface model) unter

1 m anzusetzen. Mit einer theoretischen Auflösung von 0,5 m würde nicht einmal im Idealfall ein

Punkt je Rasterzelle entfallen. In der Praxis entstehen dadurch Löcher, die selbst nach ihrer Interpolati-

on die Extraktion der Baumkronen erheblich erschweren. Daher wurde für das DOM als auch für das

DGM eine Auflösung von 1 m gewählt.

Das DOM wurde mithilfe des Grass-Moduls r.in.xyz() erzeugt. Um die Baumkronen möglichst realis-

tisch darstellen zu können, musste bei mehreren Punkten je Rasterzelle darauf geachtet werden, den

Höhenwert des jeweils höchsten Punktes zu übernehmen (MAAS 2010). Auftretende Löcher wurden

mit dem Grass-Modul r.fillnulls() mittels Spline-Interpolation gefüllt.

Um aus Punktdaten ein DGM zu erstellen, müssen die Punktdaten entsprechend gefiltert und klassifi-

ziert werden. Für diesen Arbeitsschritt gibt es zahlreiche Programme, wobei meist eine Lizenz notwen-

dig ist. In dieser Arbeit wurde das an der Moskauer Universität entwickelte open-Source-Tool MCC-

LIDAR verwendet. Der Algorithmus wurde speziell für die Ableitung von Geländemodellen in bewal-

deten Gebieten entwickelt. Dabei werden iterativ Punkte als Nicht-Boden-Punkte klassifiziert, falls die

Krümmung einer lokal geschätzten Ebene (mittels thin-plate spline) einen wählbaren Schwellenwert

überschreitet. Zudem kann über einen Skalierungsfaktor die ungefähre Größe der herauszufilternden

Objekte relativ zur Punktdichte berücksichtigt werden (EVANS & HUDAK 2007).


96

Für die einstellbaren Parameter scale (s) und curvature threshold (t) gibt es eine Faustformel bzw. einen

empfohlenen Ausgangswert. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Werte für ein

optimales Ergebnis verändert werden sollen (MCC-LIDAR 2012).

4.2.3. Einzelbaumextraktion

Da sich die Analyse von ALS-Daten gut für forstliche Fragestellungen eignet (z.B. NAESSET 2004), gibt

es mittlerweile eine Vielzahl von Ansätzen, um einzelne Bäume aus Punktdaten oder daraus abgeleite-

ten Raster-Derivaten zu extrahieren. Im Zuge dieser Masterarbeit wurde ein Ansatz entwickelt, der es

erlaubt einzelne Baumkronen in einem normalisierten Geländemodell (nDOM) zu erfassen und ver-

schiedene forstliche Parameter wie z.B. Wuchshöhe und Kronendurchmesser abzuleiten.

4.2.3.1. Konzept

Das Ziel des in Python 2.7 implementierten Programms ist es, einzelne Baumkronen unabhängig von

der Baumart zu erkennen und zu extrahieren. Dazu muss ein idealtypisches Baummodell definiert wer-

den. Da verschiede Baumarten zu erwarten sind, können dabei nur allgemeine Kriterien berücksichtigt

werden. Es wird davon ausgegangen, dass ein Baum an der Position seines Stammes die größte Höhe

aufweist. Die Krone breitet sich nach außen hin aus, wobei die Höhe dabei abnimmt (vgl. WOLF (NÉ

STRAUB) & HEIPKE 2007). Grenzen zwei Baumkronen direkt aneinander, wird angenommen, dass

ihre Grenze entlang der Tiefenlinie zwischen ihnen verläuft. Ab einer einstellbaren Höhe wird eine

weitere Ausbreitung der Baumkrone abgebrochen. Damit soll verhindert werden, dass umgebende

niedriger gewachsene Vegetation der Baumkrone zugeschrieben wird (MAAS 2010). Der dadurch be-

dingte Fehler ist (hier) vernachlässigbar, da die Krone in der Regel oberhalb dieser Vegetation ansetzt

(ausgenommen Fichten). Neben den einzelnen Baumkronen und deren Fläche sollte zudem die

Stammposition, Wuchshöhe und Standorthöhe abgeleitet werden.

4.2.3.2. Workflow

Der Algorithmus der Einzelbaumextraktion (Abb. 56) setzt ein normalisiertes Oberflächenmodell

(nDOM) voraus. Das nDOM wird durch Subtraktion des DGM von dem DOM generiert. Nach der

Generierung des nDOMs wird zunächst das absolute Maxima innerhalb dieses Rasters (Annahme: der

höchste Baum) gesucht. Falls diese virtuelle Wuchshöhe über einer festzulegenden Mindesthöhe liegt

(je nach verwendeter Definition eines erwachsenen Baumes), wird damit begonnen die Baumkrone

auszubreiten. Dafür werden zwei Kriterien überprüft. Potenzielle Baumpixel müssen (i) niedriger liegen

als das Ausgangspixel und (ii) mindestens drei Nachbarn haben, die ihrerseits ebenfalls mindestens drei

Nachbarn aufweisen. Mit diesen beiden Kriterien wird sichergestellt, dass die ausgebreitete Baumkrone

den Eigenschaften des eingangs definierten Baummodells entspricht (vgl. SOLBERG et al. 2006). Falls

Löcher innerhalb der extrahierten Baumkrone auftreten, werden diese gefüllt, falls sie von mindestens

fünf ausgewiesenen Baumkronenpixeln umgeben sind. Anschließend wird geprüft, ob die Anzahl der


97

Rasterzellen der extrahierten Krone ein Minimumkriterium (hier: mindestens sechs Rasterzellen, d.h.

6 m²) erfüllt. Ist dieses Kriterium erfüllt, werden Baumkrone, (virtuelle) Wuchshöhe, Stammposition

(Mittelpunkt der Rasterzelle des lokalen Maximums) und absolute Höhe zwischengespeichert. Andern-

falls wird die betreffende Krone im nDOM ausmaskiert. Sobald keine neuen Baumkronen extrahiert

werden, gibt das Programm zwei Datensätze aus. Ein ASCII-Raster beinhaltet die mit einer fortlaufen-

den Nummer indexierten Kronen und eine ASCII-Datei enthält die dreidimensionalen Koordinaten

sowie die Wuchshöhe und Anzahl der Baumkronenpixel je Individuum.

Abb. 56: Ablaufdiagramm des Algorithmus zur Einzelbaumextraktion.

4.2.4. Ergebnisse

Insgesamt wurden auf dem etwa 0,8 km² großen abgegrenzten Gebiet (analog zur Auswertung der

Orthofotos) 2401 Einzelbäume über einen Höhenbereich von 1623 bis 2114 m extrahiert. Die

Wuchshöhen reichen von 4,1 bis 36,2 m. Der Konfiguration entsprechend hätten potenziell auch

niedrigere Bäume detektiert werden können. Aufgrund der beschriebenen Kriterien bei der Einzelbau-

mextraktion sowie der Auflösung der generierten Geländemodelle war es nicht möglich, Baumkronen

mit weniger als 6 m² (projizierter) Fläche zu erfassen. Dem verwendeten Ansatz entsprechend konnten

jüngere Individuen aus dem unteren Stockwerk nicht erkannt werden, da sie von den dominanten

Individuen überschirmt werden.

4.2.4.1. Ergebnisvalidierung der Einzelbaumextraktion

Um die Vollständigkeit bzw. Richtigkeit der extrahierten Baumkronen abschätzen zu können, wurden

aus dem Farb-Orthofoto von 2009 innerhalb zweier Testgebiete (Abb. 57) insgesamt 541 einwandfrei

erkennbare Baumkronen als Referenz digitalisiert. Ein Testgebiet im oberen Hangbereich ist dichter

bestockt (a), das zweite, etwas tiefer liegende Gebiet weist eine lockere Bestockung auf (b). Damit kann


98

zusätzlich eine Aussage über die zu erwartende Qualität der Ergebnisse bei unterschiedlicher Bestands-

dichte getroffen werden.

4.2.4.2. Vollständigkeit und Richtigkeit

Die Vollständigkeit ist der relative Anteil korrekt extrahierter Baumkronen an der Anzahl digitalisierter

Referenz-Baumkronen. Die Richtigkeit ist der relative Anteil korrekt extrahierter Baumkronen an der

Gesamtzahl extrahierter Baumkronen (RUTZINGER et al. 2011). Eine extrahierte Baumkrone wird als

korrekt erkannt eingestuft, wenn (i) der Zentroid der digitalisierten Baumkrone innerhalb der extra-

hierten Fläche liegt und (ii) die extrahierte Fläche die digitalisierte Fläche nicht um 50% über- oder

unterschreitet. Dieser hohe Toleranzbereich wurde aufgrund der geringen räumlichen Auflösung der

Eingangsdaten (DGM und DOM) angesetzt. In Tab. 19 wird die Anzahl der digitalisierten Referenz-

Baumkronen den Ergebnissen der Einzelbaumextraktion gegenübergestellt.

Testfläche Anzahl Vollständigkeit

[%]

Richtigkeit

[%] digitalisiert extrahiert korrekt

Dicht bestockt 252 214 116 46 54

Locker bestockt 289 284 220 76 77

Gesamt 541 498 336 62 67

Tab. 19: Übersicht über die Ergebnisvalidierung der Einzelbaumextraktion.

Aus den in Tab. 19 aufgeführten Parametern geht klar hervor, dass der Algorithmus zur Einzelbaumex-

traktion auf locker bestockten Flächen wesentlich bessere Ergebnisse erzielt als auf dichter bestockten.

Mit einer mittleren Vollständigkeit von 62% bei einer Richtigkeit von 67 % liegt der vorgestellte An-

satz im Bereich vergleichbarer Arbeiten (vgl. KAARTINEN 2012). Abb. 57 zeigt die beiden Testflächen

im unteren Hangbereich des Untersuchungsgebietes. Die entsprechenden Zahlenwerte sind in Tab. 20

aufgelistet.


99

Abb. 57: Vergleich zwischen den im Orthofoto digitalisierten und den extrahierten Baumkronen im unteren

Bereich des Untersuchungsgebietes. Testfläche a weist eine höhere Bestandsdichte auf als Testfläche b. Die

Fläche der korrekt abgegrenzten Individuen (grün) liegt zwischen 50 und 150% der Fläche der digitalisierten

Baumkronen. Größere (orange) oder kleinere (gelb) extrahierte Baumkronen wurden als nicht korrekt klas-

sifiziert. Gleiches gilt für Baumkronen, die nicht richtig abgegrenzt wurden (rot). Orthofoto und Höhenda-

ten: Amt der Tiroler Landesregierung, Abteilung Geoinformation.

Testfläche Korrekt Kein

Baum Zu kleine

Fläche Zu große

Fläche Mehrere Baum-

kronen

Dicht bestockt (a) 116 20 7 33 38 Locker bestockt (b) 220 11 3 40 10

Gesamt 336 31 10 73 58

Tab. 20: Klassifizierung der extrahierten Einzelbäume.

Innerhalb der Fläche mit dichterer Bestockung (Testfläche a) können Baumkronen im Vergleich zur

Fläche mit lockerer Bestockung (Testfläche b) häufiger nicht voneinander unterschieden werden (rot).

Die Anzahl der extrahierten Baumkronen, deren Fläche jene der digitalisierten Baumkronen um mehr

als 50% übersteigt, ist dagegen innerhalb der lockeren Bestockung höher. Nur in wenigen Fällen unter-


100

schreitet die Fläche der extrahierten Baumkronen die Hälfte der Fläche der Referenz-Baumkronen. Die

Anzahl an falschen Baumkronen (Krone extrahiert, wo kein Baum) beträgt für Testfläche a in etwa das

Zweifache im Vergleich zu Testfläche b.

4.2.4.3. Kronenfläche

Die zugrundeliegenden ALS-Derivate (räumliche Auflösung 1 m) erlauben lediglich die automatische

Extraktion von größeren Baumkronen. Eine minimale Kronenfläche von sechs Rasterzellen (entspricht

6 m²; Kronendurchmesser von ca. 2,8 m) wurde festgelegt, um fälschlich als Baumkrone detektierte

Latschen zu vermeiden. Die geringste Wuchshöhe eines extrahierten Individuums beträgt in dieser

Konfiguration 4,1 m. Bei entsprechend höherer räumlicher Auflösung könnten auch kleinere Individu-

en extrahiert werden.

Der Vergleich zwischen digitalisierten und korrekt extrahierten Baumkronen (a: 116; b: 220) zeigt,

dass die Kronenfläche tendenziell überschätzt wird (Abb. 58). Vor allem die extrahierte Fläche größerer

Baumkronen liegt meist deutlich über der digitalisierten. Der relativ hohe root mean squared error

(Wurzel aus dem mittleren Fehlerquadrat; RMSE), der die mittlere Abweichung einer Schätzung von

den tatsächlichen Werten angibt, kommt letztendlich aufgrund des hohen Schwellenwertes für die

Klassifizierung korrekt extrahierter Baumkronen (±50% der Referenzfläche) zustande. Bei einer höhe-

ren räumlichen Auflösung der Datengrundlage (DGM/DOM) wäre ein besseres Ergebnis zu erwarten.

Abb. 58: Vergleich der Kronenfläche (KF) von extrahierten und digitalisierten Baumkronen für die Testflä-

chen a (links) und b (rechts). Berücksichtigt wurden nur die als korrekt extrahiert klassifizierten Kronen.

Die Abweichung der mittleren Kronenfläche variiert je nach Bestandsdichte (Tab. 21). Im Mittel ist

die Kronenfläche in der dichter bestockten Testfläche um etwa 8 m² kleiner als in der locker bestock-

ten. Die entsprechende Differenz der extrahierten Kronenflächen ist mit ca. 11 m² deutlich höher. Für

Testfläche a (dicht bestockt) beträgt die Differenz zwischen dem Mittel der extrahierten und digitali-

sierten Kronenfläche 0,89 m², für Testfläche b (locker bestockt) 4,26 m². Die Kronenfläche wird auf

locker bestockten Flächen stärker überschätzt. Demnach sind die Kronen frei stehender Bäume in den

generierten ALS-Derivaten zu groß repräsentiert.

0 20 40 60 80 100

KF - Referenz-Baumkronen [m²]

0

20

40

60

80

100

KF

- E

xtra

hier

te B

aum

kron

en [m

²]

n=116RMSE=8,49

0 20 40 60 80 100

KF - Referenz-Baumkronen [m²]

0

20

40

60

80

100

KF

- E

xtra

hier

te B

aum

kron

en [m

²]

n=220RMSE=8,97

Testfläche a Testfläche b


101

Dicht bestockt (a) Locker bestockt (b)

Mittelwert SD

Mittelwert SD

Extrahiert 31,07 14,84 42,29 17,76

Digitalisiert 30,18 12,10

38,03 14,99

Differenz 0,89 8,47 4,26 7,91

Tab. 21: Mittlere Kronenfläche [m²] und Stan-

dardabweichung (SD) der extrahierten und digi-

talisierten Baumkronen für Testfläche a und b.

Als Grundlage für erstere wurden die als korrekt

extrahiert klassifizierten Kronen herangezogen.

4.2.4.4. Kronendurchmesser

Unter der Annahme einer kreisförmigen Baumkrone kann aus der extrahierten Fläche der Kronen-

durchmesser abgeleitet werden. Nicht zuletzt aufgrund der geringen räumlichen Auflösung der Daten-

grundlage (DGM und DOM) muss dies jedoch als grobe Annäherung verstanden werden. Ein Ver-

gleich der abgeleiteten Kronendurchmesser mit den aus den digitalisierten Kronenflächen berechneten

Werten zeigt eine allgemein gute Übereinstimmung (Abb. 59). Die Genauigkeit der Bestimmung des

Kronendurchmessers großer Individuen im Gelände ist vergleichbar mit den Abweichungen der vorlie-

genden Ergebnisse (RMSE unter 1 m).

Abb. 59: Vergleich des abgeleiteten Kronendurchmessers (KD) von extrahierten und digitalisierten Baum-

kronen für die Testflächen a (links) und b (rechts). Berücksichtigt wurden nur die als korrekt extrahiert klas-

sifizierten Kronen.

Im Mittel stimmt der Kronendurchmesser für beide Testflächen gut mit dem aus den Referenz-

Baumkronen berechneten Wert überein. Analog zu den Ergebnissen aus Punkt 4.2.4.3. sind die Ab-

weichungen für die locker bestockte Testfläche b höher.

Dicht bestockt (a) Locker bestockt (b)

Mittelwert SD

Mittelwert SD

extrahiert 6,11 1,49 7,17 1,54

digitalisiert 6,07 1,25

6,82 1,37

Differenz 0,04 0,82 0,35 0,67

Tab. 22: Mittlere Kronendurchmesser [m] und

Standardabweichung (SD) der extrahierten und

digitalisierten Baumkronen auf den Testflächen

a und b. Als Grundlage für erstere wurden die

als korrekt extrahiert klassifizierten Baumkro-

nen herangezogen.

2 4 6 8 10 12

KD - Referenz-Baumkronen [m]

2

4

6

8

10

12

KD

- E

xtra

hier

te B

aum

kron

en [m

]

n=116RMSE=0,82

2 4 6 8 10 12

KD - Referenz-Baumkronen [m]

2

4

6

8

10

12

KD

- E

xtra

hier

te B

aum

kron

en [m

]

n=220RMSE=0,75

Testfläche a Testfläche b


102

4.2.4.5. Virtuelle vs. reale Wuchshöhe

Für jede extrahierte Baumkrone wurde das lokale Maximum als Wuchshöhe gespeichert. Ein Vergleich

mit der im Gelände aufgenommenen Wuchshöhe soll zeigen wie genau sie in den ALS-Daten bzw. den

daraus abgeleiteten Derivaten repräsentiert wird. Dazu wurden die Baumkronen der im Gelände auf-

genommenen Individuen, sofern einwandfrei erkennbar, im Orthofoto digitalisiert. Das lokale Maxi-

mum innerhalb dieser Polygone repräsentiert die Wuchshöhe des jeweiligen Individuums.

Die Ergebnisse des Vergleichs beider Parameter sind in Tab. 23 aufgelistet. Daraus ist ersichtlich, dass

die im Gelände aufgenommenen Wuchshöhen im Mittel deutlich unter den entsprechenden virtuellen

Höhen liegen. Die hohen Standardabweichungen der Differenzen zeigen, dass sich die Werte mitunter

stark voneinander unterscheiden. Dabei muss jedoch die geringe Anzahl an Stichproben, als auch die

Tatsache, dass bei den Geländeaufnahmen die Wuchshöhe in Plot HALc meist geschätzt wurde, be-

rücksichtigt werden.

Tab. 23: Mittlere reale bzw. virtuelle Wuchshöhe (WH) in den Plots HALa/HALb und HALc.

Verschiedene Studien belegen eine generelle Unterschätzung der Wuchshöhe, deren Ausmaß in der

Regel von der Baumart (Wuchsform) abhängt. Vor allem die Höhe von Koniferen, deren Wipfel auf-

grund der spitzen Kronenform in der Regel nur bedingt in den Daten enthalten ist, wird meist unter-

schätzt. Je nach Datengrundlage (d.h. Punktdichte) und Ansatz werden unterschiedliche Genauigkei-

ten erreicht (vgl. HEURICH et al. 2003). PERSSON et al. (2002) konnten mithilfe eines rasterbasierten

Ansatzes 71% der Baumkronen korrekt abgrenzen. Dabei wurde die Wuchshöhe durchschnittlich um

1,13 m (±0,63 m) unterschätzt. Die Punktdichte der ALS-Daten ist mit 5 Pkte/m² vergleichbar mit

den hier verwendeten Daten (PERSSON et al. 2002). Allerdings wurde diese Studie auf ebener Fläche

durchgeführt.

Die Abweichung zwischen virtueller und realer Wuchshöhe ist sehr wahrscheinlich durch Hangnei-

gung und unruhiger Topographie bedingt. Nach BALTSAVIAS (1999) kann die maximale vertikale

Abweichung ΔRmax [m] der Entfernungsmessung mittels ALS wie folgt berechnet werden,

|∆E|�F� � G ∗ H ∗| IJK#�&|

4

wobei h [m] der mittleren Flughöhe, γ [rad] der Divergenz des Laserstrahles und i [deg] der Hangnei-

gung entspricht. Bei einer angenommenen Flughöhe h von 1000 m, einer Divergenz γ von 1 mrad und

der mittleren Hangneigung von 35° beträgt die maximale vertikale Abweichung ∆R 0,35 m.

Abb. 60: Einfluss der Hangneigung auf die Entfernungsmessung mittels Laser-scanning. Aus: BALTSAVIAS 1999, 212.

Plot Anzahl Mittlere reale

WH [m]

Mittlere virtuelle

WH [m] Differenz [m] SD [m]

HALa/HALb 20 9,99 10,97 0,98 1,46

HALc 27 17,17 19,43 2,26 2,17

4.2.4.5.-1


103

Nach HIRATA (2004) variiert die repräsentierte Wuchshöhe je nachdem ob und wie ein Baum geneigt

ist. Auf Hängen sind Bäume aufgrund von Bodenkriechen oder Schneedruck des Öfteren hangabwärts

geneigt. Die daraus resultierende vertikale Abweichung beträgt nach HIRATA (2004) etwa +0,2 m.

Abb. 61: Unter- (links) und Überschätzung

(rechts) der Wuchshöhe auf geneigten Flächen.

H1 entspricht der unter- bzw. überschätzten

Wuchshöhe. Aus: HIRATA 2004, 104.

Im Fall des Untersuchungsgebietes trägt sehr wahrscheinlich auch die ausgesprochen unruhige Topo-

graphie zur Überschätzung der Wuchshöhe bei. Innerhalb des Plots HALb stocken die aufgenomme-

nen Individuen auf zwei Felsrippen, die nach Westen etwa 3 m zur Kleinen Kohlerrinne abbrechen.

Eine daraus resultierende Abweichung in der Größenordnung von 0,5 m kann nicht ausgeschlossen

werden.

Abb. 62: Überschätzung der Wuchshöhe in ALS-Derivaten aufgrund von Felsab-

brüchen.

Der Betrag des Höhenwachstums im Zeitraum zwischen dem Jahr der Befliegung (2007) und dem Jahr

der Geländeaufnahme (2011) ist vernachlässigbar, da die detektierten, meist erwachsenen Bäume nur

noch sehr langsam wachsen (vgl. LEIBUNDGUT 1970).

Die um ca. 1 m überschätzte Wuchshöhe der Individuen in Plots HALa und HALb ist damit plausibel.

Dagegen scheint die für Plot HALc berechnete Überschätzung von mehr als 2 m deutlich zu hoch. Da

die entsprechenden Wuchshöhen zumeist geschätzt wurden, ist von einer Unsicherheit von zumindest

±1 m auszugehen.

4.2.4.6. Bestimmung der Position der Waldgrenze

Mithilfe der extrahierten Baumkronen lässt sich die Definition des Waldes lt. Österreichischem Forst-

gesetz von 1975 mithilfe eines weiteren Tools2 anwenden. Damit kann innerhalb des Untersuchungs-

gebietes auf Basis von Fernerkundungsdaten objektiv die Ausbreitung des Waldes erhoben werden.

Folglich ist auch die Position der Waldgrenze bestimmbar. Sie lag im Jahr 2007 (Jahr der ALS-

Befliegung) auf 1988 m (Abb. 63). Streng genommen müsste die Waldgrenze aktuell aufgrund des

2 Autor: Magnus Bremer, Universität Innsbruck, Institut für Geographie; nach EYSN 2010

Hf

H1


104

Windwurf-Ereignisses von 2012 etwas tiefer angesetzt werden. Die obersten beiden Individuen des

Waldbestandes (HALb-00, HALb-02) wurden umgeworfen.

Abb. 63: Waldfläche im Un-

tersuchungsgebiet nach dem

Österreichischen Forstgesetz

von 1975. Die oberste Grenze

des geschlossenen Waldbe-

standes liegt auf 1988 m.

Orthofoto und Höhenlinien:

Amt der Tiroler Landesregie-

rung, Abteilung Geoinforma-

tion.

4.2.4.7. Wuchshöhe vs. Höhenlage

Nach TRANQUILLINI (1979, 1981) als auch PAULSEN et al. (2000) besteht ein (generell negativer)

Zusammenhang zwischen Wuchshöhe und Standorthöhe. PAULSEN et al. (2000) stellen die Wuchshö-

he in Abhängigkeit von der Entfernung zur Baumgrenze anhand von Zirben und Fichten, die an meh-

reren Standorten in den Alpen beprobt wurden, dar. Der baumartenspezifische Zusammenhang lässt

sich durch lineare Regressionen beschreiben. Die Autoren halten zudem fest, dass die niedrigere

Wuchshöhe nahe der Baumgrenze nicht allein durch ihr geringeres Alter erklärbar ist (PAULSEN et al.

2000).

Mit den Ergebnissen der Einzelbaumextraktion kann die Wuchshöhe der 2401 abgegrenzten Individu-

en in Abhängigkeit der Höhenlage aufgetragen werden (Abb. 64). Es wird angenommen, dass die

höchstgewachsenen Individuen das physiologisch bedingte Wuchshöhenlimit der jeweiligen Höhenlage

repräsentieren. Um einen empirischen Zusammenhang zwischen maximaler Wuchshöhe und Höhen-

lage abzuleiten, mussten die größten Individuen ausgeschieden bzw. erfasst werden. Dazu wurde in

Intervallschritten von 10 hm der Wert des 90%-Perzentils der Baumhöhenverteilung berechnet. An-

hand der darüber liegenden Werte wurde mithilfe einer polynomialen Regression der empirische Zu-

sammenhang zwischen Wuchshöhe und Höhenlage für das Untersuchungsgebiet abgeleitet. Zusätzlich

sind in Abb. 64 die im Gelände erhobenen Wuchshöhen (ebenfalls jene, die das 90%-Perzentil über-

schreiten) in Rot aufgetragen. Das Bestimmtheitsmaß beträgt 0,84.


105

Höhenbereich Anzahl Minimale Wuchs-

höhe [m] Maximale

Wuchshöhe [m] Mittlere Wuchs-

höhe [m] SD [m]

1623-1699 m 925 5,2 36,2 20,3 6,7 1700-1799 m 1067 4,1 35,5 20,1 6,1

1800-1899 m 305 4,4 28,7 16,7 5,6 1900-1999 m 94 5,2 19,0 11,3 3,0 2000-2114 m 10 5,2 12,8 8,6 2,5

Tab. 24: Anzahl und Wuchshöhe der extrahierten Einzelbäume nach Höhenstufen.

Aus den Daten kann eine allgemeine Abnahme der (maximalen) Wuchshöhe mit zunehmender Hö-

henlage abgeleitet werden. Während einzelne Bäume auf 1600 bis 1700 m Höhe noch etwa 35 m er-

reichen, sind es ab 2000 m nur noch an die 13 m. Im unteren Hangbereich stocken v.a. Lärchen und

Fichten, die problemlos etwa 40 m aufragen können. Jene erwachsenen Zirben, die in den oberen

Hanglagen beinahe einen Reinbestand bilden, scheinen jedoch ihre maximal mögliche Wuchshöhe von

etwa 20 m bei weitem nicht zu erreichen. Dies deutet darauf hin, dass sie nahe an der Obergrenze ihrer

ökologischen Amplitude operieren. Die resultierende Polynomfunktion 2. Grades ergibt für die per

Definition erwachsener Bäume notwendige Wuchshöhe von 2 m eine Seehöhe von 2105 m. Der Ver-

gleich mit der im Gelände erhobenen Höhenlage der Baumgrenze, die derzeit auf 2118 m Seehöhe

liegt, zeigt eine gute Übereinstimmung.

Abb. 64: Zusammenhang zwischen der Wuchshöhe der aus ALS-Daten extrahierten Einzelbäume und ihrer

Höhenlage. Die für die Regression verwendeten Wuchshöhen sind die Werte, die in Intervallen von 10 hm

über dem jeweiligen 90%-Perzentil liegen. Gleiches gilt für die im Gelände aufgenommenen Wuchshöhen.

Die resultierende Polynomfunktion 2. Grades ergibt für die per Definition erwachsener Bäume notwendige

Wuchshöhe von 2 m eine Seehöhe von 2105 m.

Die in Punkt 4.2.4.5. diskutierte Abweichung der virtuellen Wuchshöhe um etwa +1 m muss bei die-

sem Ergebnis berücksichtigt werden. Da diese vertikale Abweichung jedoch in Abhängigkeit von

Hangneigung, Wuchsform, Stammneigung und Topographie von Fall zu Fall variieren kann, lässt sich

kein pauschaler Unsicherheitsbereich angeben. Aufgrund des gezeigten Vergleichs ist jedoch davon

auszugehen, dass die extrahierten Wuchshöhen in der Regel nicht um mehr als +1 m abweichen. Der

gezeigte empirische Zusammenhang zwischen Wuchshöhe und Höhenlage ändert sich dadurch nicht

wesentlich, ggf. muss der Ordinatenabstand modifiziert werden.

1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200Höhenlage [m]

0

10

20

30

40

Wuc

hshö

he [m

]

Erhobene Wuchshöhen

Wuchshöhen > 90%-Perzentil

Extrahierte Wuchshöhen

Trend Wuchshöhe - Höhenlage

Wuchshöhe 2 m

y = - 195,70 + 0,29 x - 0,000095 x²R²=0,85


106

4.2.4.8. Altersstruktur des lokalen Waldbestandes

Unter der Annahme, dass die Wuchshöhe in etwa das Baumalter widerspiegelt, können anhand der

extrahierten Wuchshöhen Aussagen über die Altersstruktur des lokalen Bestandes getroffen werden.

Diese Annahme ist allerdings nur bis in jene Höhenlage zulässig, die ein Höhenwachstum der Bäume

bis zu ihrem physiologisch bedingten Maximum erlaubt. Bis ca. 1850 m scheint das Höhenwachstum

nicht wesentlich durch verschärfte Umweltbedingungen eingeschränkt zu sein (siehe Abb. 64). Dar-

über ist eine rasche Abnahme der Wuchshöhe mit zunehmender Höhenlage erkennbar. Abb. 65 zeigt

die extrahierten Baumkronen, klassifiziert nach der jeweiligen Wuchshöhe. Zu den Außengrenzen des

Bestandes hin nimmt die Höhe der einzelnen Individuen ab. Dies weist darauf hin, dass auch das Alter

der Individuen nach außen hin abnimmt. Demnach breitet sich der Wald auf Kosten des Latschenbe-

wuchses langsam aus. Vereinzelte Bäume und Baumgruppen innerhalb des Latschengürtels, vor allem

junge Lärchen, sind Pioniere und treiben die Ausbreitung des Waldes voran.

Abb. 65: Extrahierte Baumkronen,

klassifiziert nach der Wuchshöhe.

Orthofoto und Höhenlinien: Amt der

Tiroler Landesregierung, Abteilung

Geoinformation.

Abb. 66: Untersuchungsgebiet im

Lafatschertal vom Haller-angerhaus

aus gesehen (Pfeil in Abb. 65). In der

rechten oberen Bildecke ist das

Melzerdenkmal markiert. Foto:

Thomas Zieher, 22.04.2011, Rich-

tung Nordwest.


107

4.2.5. Probleme und Limitationen

Die Qualität des Ergebnisses der Einzelbaumextraktion hängt von der Güte der Datengrundlagen ab.

Vor allem die Auslösung der Geländemodelle - und in weiterer Folge die Punktdichte der ALS-Daten -

ist entscheidend für die letztendliche Größe der potenziell repräsentierten Objekte. Für die Extraktion

erwachsener Bäume ist eine räumliche Auflösung von 1 m ausreichend (bzw. einer Punktdichte von

mindestens 1 Pt/m²; MAAS 2010), Jungwuchs kann mithilfe des beschriebenen Algorithmus nicht

erkannt werden. Bei entsprechend höherer räumlicher Auflösung könnten auch kleinere Individuen

extrahiert werden (z.B. NAESSET & NELSON 2007).

Neben der Auflösung der Geländemodelle ist auch die Filterung der Punktdaten entscheidend für das

Ergebnis. Die hier durchgeführte Filterung der ALS-Daten führte vor allem auf stark geneigten Flächen

zu großen Abweichungen zwischen Gelände- und Oberflächenmodell. Diese Abweichungen wurden

oftmals fälschlicherweise als Baumkronen identifiziert. Mithilfe der (automatisch abgeleiteten) Oberflä-

chenklasse „Fels/Schutt“ wurden diese Fehler im Ergebnis der Einzelbaumextraktion eliminiert. Ohne

diese zusätzliche Information aus einem Orthofoto könnte ein Algorithmus zur Erkennung von Bruch-

kanten eingesetzt werden (RUTZINGER et al. 2012).

Ein weiteres Kriterium ist die Bestandsdichte des untersuchten Areals. Stehen die Bäume zu dicht bei-

einander, können die einzelnen Baumkronen nicht mehr voneinander unterschieden werden. Auch die

allgemeine Form der Baumkrone spielt hier eine große Rolle. Abgeflachte, runde Formen wie sie in der

Regel von Laubhölzern ausgebildet werden, können im Fall dichter Bestände nur schwer einzeln extra-

hiert werden. Unterdrückte Individuen, die unter größer gewachsenen Individuen stocken, konnten

mit dem entwickelten Algorithmus nicht erfasst werden. Für diese Zwecke bedarf es wesentlich kom-

plexerer Ansätze (z.B. MORSDORF et al. 2003). Im Fall des hier behandelten Untersuchungsgebietes

stehen die Bäume allerdings weitgehend frei. Aus diesem Grund können die einzelnen Baumkronen

mit dem beschriebenen Algorithmus gut erkannt werden. Aufgrund der gewählten räumlichen Auflö-

sung der Geländemodelle von 1 m ist die Abgrenzung der einzelnen Baumkronen allerdings dement-

sprechend grob. Auch die Stammposition (sofern diese durch das lokale Maximum abgebildet wird)

kann infolgedessen abweichen.

108

5. Fazit

109

5. Fazit

Um die eingangs gestellten Forschungsfragen abschließend zu beantworten, sollen die Ergebnisse der

einzelnen Kapitel noch einmal zusammengefasst werden. Die zentrale Fragestellung nach der rauraurauraum-m-m-m-

zeizeizeizeittttlichenlichenlichenlichen Entwicklung der alpinen BaumEntwicklung der alpinen BaumEntwicklung der alpinen BaumEntwicklung der alpinen Baum---- und Waldgrenzeund Waldgrenzeund Waldgrenzeund Waldgrenze, sowie ihren möglichen Treibern wird

in den Punkten 3.6.2.1. und 3.6.2.2. behandelt. Mithilfe der im Gelände gewonnenen Bohrproben

und den aufgenommenen Daten konnte ein stufenförmigesstufenförmigesstufenförmigesstufenförmiges Aufsteigen der BaumgrenzeAufsteigen der BaumgrenzeAufsteigen der BaumgrenzeAufsteigen der Baumgrenze in jüngerer in jüngerer in jüngerer in jüngerer

Vergangenheit Vergangenheit Vergangenheit Vergangenheit nachgewiesen werden. Der angestellte Vergleich zwischen dem rekonstruierten Baum-

grenzanstieg und dem modellierten Anstieg der klimatischen Waldgrenze zeigt eine weitgehende Über-

einstimmung. Zudem spiegeln die mittleren relativen Jahrringbreiten an Baum- und Waldgrenze die

Entwicklung der Sommertemperatur ohne wesentliche Verzögerung wider. Dabei scheinen die höher höher höher höher

gelegenen Individuen stärker auf Klimagunstgelegenen Individuen stärker auf Klimagunstgelegenen Individuen stärker auf Klimagunstgelegenen Individuen stärker auf Klimagunst---- und und und und ----ungunstungunstungunstungunstphasen zuphasen zuphasen zuphasen zu reagierenreagierenreagierenreagieren als niedriger sto-

ckende. Seit 1850 ist zwar kein eindeutiger Trend hin zu höheren Wachstumsniveaus ableitbar, aber

vor allem während des Zeitraums von 2000 bis 2010 ist ein rezenterrezenterrezenterrezenter Anstieg der relativen JahrrinAnstieg der relativen JahrrinAnstieg der relativen JahrrinAnstieg der relativen Jahrring-g-g-g-

breitebreitebreitebreite auf bis dahin unerreichte Werte erkennbar. Aus diesen Ergebnissen kann der Schluss gezogen

werden, dass die aufwärts gerichtete Verlagerung der Baumgrenze im Untersuchungsgebiet klimatisch klimatisch klimatisch klimatisch

bedingtbedingtbedingtbedingt ist.

Der Frage nach der Höhenlage der klimatischen WaldgrenzeHöhenlage der klimatischen WaldgrenzeHöhenlage der klimatischen WaldgrenzeHöhenlage der klimatischen Waldgrenze in Vergangenheit und Gegenwart wur-

de in Punkt 3.6.2.3. nachgegangen. Ihre Höhenlage wurde mithilfe der Abschätzung von ELLENBERG

(2010, 678), wonach an der Waldgrenze an mindestens 100 Tagen ein Temperaturmittel von 5°C

erreicht wird, auf Basis täglich aufgelöster, interpolierter Temperaturdaten modelliert. Heute liegt sie in

einer Höhe von etwa 2200220022002200 m m m m (Mittel der letzten 30 Jahre). In der Vergangenheit schwankte sie zwi-

schen 1900 m während der 1870/80er und 2100 m während der 1950er Jahre. Seit den 1980er Jahren

steigt sie schneller als im berücksichtigten Zeitraum davor an.

Mithilfe der gemessenen Jahrringserien, die um die modellierte Anzahl an fehlenden Jahrringen zum

Kern bzw. zum Wurzelansatz verlängert wurden, konnten Aussagen über die bisherige Waldentwicbisherige Waldentwicbisherige Waldentwicbisherige Waldentwick-k-k-k-

lung lung lung lung getroffen werden (Punkt 3.6.4.). Die zeitgleich um 1700 im Bereich des heutigen Waldes auf-

kommenden Lärchen legen einen vorhergehenden Leerstandvorhergehenden Leerstandvorhergehenden Leerstandvorhergehenden Leerstand der Fläche nahe. Ob dieser Leerstand

durch eine Nutzung in Zusammenhang mit dem Bergbau in der unmittelbaren Umgebung oder durch

ein Naturereignis verursacht wurde, kann nicht mit Sicherheit festgestellt werden. Während des Zeit-

raums von 1820 bis 18401820 bis 18401820 bis 18401820 bis 1840, einer der Hauptphasen der Kleinen Eiszeit, kamen keine Bäume aufkamen keine Bäume aufkamen keine Bäume aufkamen keine Bäume auf die

bis heute überlebten. Ältere Individuen, die den verschärften Umweltbedingungen gewachsen waren,

reagierten mitunter mit Jahrringausfällen (z.B. 1821). Der Waldbestand dürfte sich infolge dieses

Klimarückschlags aufgelichtet haben. Während der VerjüngVerjüngVerjüngVerjüngungsphaseungsphaseungsphaseungsphase nach 1850nach 1850nach 1850nach 1850 kamen vor allem

ZirbenZirbenZirbenZirben verstärkt in höheren Lagen verstärkt in höheren Lagen verstärkt in höheren Lagen verstärkt in höheren Lagen auf. Die Lärche konnte sich dagegen nicht verjüngen, junge Fich-

ten kamen untergeordnet auf. Nach kurzen Unterbrechungenkurzen Unterbrechungenkurzen Unterbrechungenkurzen Unterbrechungen um 1900 sowie während der 1960er

Jahre setzte ab 1980ab 1980ab 1980ab 1980 eine bis eine bis eine bis eine bis 2012012012011111 andauerndeandauerndeandauerndeandauernde Verjüngung über die gesamte untersuchte Höhenlage

ein. Ob diese jungen Bäume (< 2 m Wuchshöhe) das Erwachsenenalter erreichen, ist ungewiss.

Fazit

110

Der in Punkt 4.1.2. beschriebene Vergleich multitemporaler Orthofotos zeigt, dass sich im Zeitraum

von 1954 bis 2009 die Latschen1954 bis 2009 die Latschen1954 bis 2009 die Latschen1954 bis 2009 die Latschen in allen Höhenstufen ausbreitetenausbreitetenausbreitetenausbreiteten. Die entsprechenden FlächeFlächeFlächeFlächen-n-n-n-

veveveverrrrlustelustelusteluste entfielen auf die Klasse „WWWWeideideideide/Rasene/Rasene/Rasene/Rasen“. In Summe veränderten sich die Flächenanteile der

Klasse „Schutt/Fels“ nicht. Ihre durch ein oder mehrere Felssturzereignisse bedingte Ausbreitung im

unteren Bereich des Untersuchungsgebietes wurde durch Flächenverluste im oberen Bereich insgesamt

egalisiert. Die von Baumkronen überschirmte Fläche nahm unbedeutend zu.

Anhand der Ergebnisse der in Punkt 4.2.3. beschriebenen Routine zur Extraktion einzelner Baumkro-

nen, sowie weiterer forstlicher Parameter aus Derivaten von ALS-Punktdaten konnte die WuchshöheWuchshöheWuchshöheWuchshöhe

von 2401 extrahierten Individuen in Abhängigkeit der Höhenlagein Abhängigkeit der Höhenlagein Abhängigkeit der Höhenlagein Abhängigkeit der Höhenlage aufgetragen werden. Der resultie-

rende empirische Zusammenhang zwischen den höchstgewachsenen Individuen und der entsprechen-

den Höhenlage wurde durch eine Polynomfunktion 2. Ordnung dargestellt. Der generell negative negative negative negative

ZusammenhangZusammenhangZusammenhangZusammenhang zeigt die graduelle Abnahme der WuchshöheAbnahme der WuchshöheAbnahme der WuchshöheAbnahme der Wuchshöhe mit der Seehmit der Seehmit der Seehmit der Seehöheöheöheöhe. Neben baumartspe-

zifischen Maximalhöhen scheint die Wuchshöhe mit zunehmender Höhenlage auch umweltbedingt

abzunehmen.

Eine zuverlässige Prognose über die Entwicklung der Baum- und Waldgrenze im Untersuchungsgebiet

kann aufgrund unvorhersehbarer Ereignisse nicht gegeben werden. Aufgrund der Erkenntnisse über

bisherige Entwicklungen und Zusammenhänge kann unter der Annahme eines unveränderten Tempe-

raturanstieges in Zukunft auch ein weiteres Ansteigen der Waldgrenze angenommen werden. Die

Baumgrenze ist bereits an der topographischen Grenze angelangt.

6. Schlussbemerkungen

111

6. Schlussbemerkungen

Der Föhnsturm vom Frühjahr 2011 richtete erhebliche Schäden in allen Plots, sowie im umliegenden

Wald an. Zahlreiche Bäume wurden entwurzelt und einige weitere durch die umgestürzten Individuen

stark beschädigt. Für die Bestände an der Waldgrenze stellt dies mit Sicherheit einen gewissen Rück-

schlag dar. Da ein derartiges Ereignis aber als außergewöhnlich und selten einzustufen ist, kann

dadurch die Entwicklung der Bestände nicht nachhaltig gestört werden. Zudem waren jüngere Indivi-

duen in Plot HALa nicht betroffen, da sie innerhalb der Latschen scheinbar gut genug gegen Wind

geschützt waren. Innerhalb von Plot HALc, wo sieben Individuen entwurzelt wurden, stellen die neuen

Bedingungen eine potenzielle Chance für die Lärche dar, sich wieder zu verjüngen.

112

7. Literaturverzeichnis

113


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8. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

120


Abbildungen:

Abb. 1: Aufbau eines Nadelbaumstammes im Querschnitt.............................................................7

Abb. 2: Zusammenhang zwischen Produktivität bzw. Photosynthese und der Temperatur.............8

Abb. 3: Endogen bedingter Alterstrend von Bäumen .....................................................................8

Abb. 4: Zusammenhang zwischen Klima und Jahrringbreite ...........................................................9

Abb. 5: Beispiele für Jahrringabfolgen.......................................................................................... 10

Abb. 6: Einwirkende Faktoren auf Position und Physiognomie der Wald- und Baumgrenze.......... 16

Abb. 7: Höhenlage der Baumgrenze im globalen Vergleich .......................................................... 17

Abb. 8: Verjüngung nahe der Waldgrenze .................................................................................... 19

Abb. 9: Waldgrenztypen .............................................................................................................. 20

Abb. 10: Waldgrenzökoton im Untersuchungsgebiet ................................................................... 20

Abb. 11: Aktuelle Physiognomie der Wald-, Baum- und Baumspeziesgrenze ................................ 21

Abb. 12: Lage des Untersuchungsgebiets ..................................................................................... 23

Abb. 13: Blick über das Lafatschertal ........................................................................................... 24

Abb. 14: Geologie in der Umgebung des Untersuchungsgebiets................................................... 25

Abb. 15: Lage der verwendeten meteorologischen Stationen ...................................................... 30

Abb. 16: Klimadiagramme für die Niederschlagsmessstationen Kastenalm und Halltal................. 31

Abb. 17: Aufnahmen vor und nach dem Windwurfereignis im Frühjahr 2012 ............................... 34

Abb. 18: Tägliche Windspitze und tägliche mittlere Windgeschwindigkeit der Station Zugspitze .. 35

Abb. 19: Positionen der auf Plot HALa aufgenommenen Individuen ............................................. 44

Abb. 20: Verortung der in Plot HALb aufgenommenen Individuen ............................................... 45

Abb. 21: Verortung der in Plot HALc aufgenommenen Individuen ................................................ 46

Abb. 22: Schema der Kernschätzung mit A- und B-Proben ........................................................... 50

Abb. 23: Schema der Kernschätzung bei kernfaulen Individuen ................................................... 51

Abb. 24: Alterstrend von PICE in Brusthöhe an Waldgrenzstandorten .......................................... 52

Abb. 25: Empirischer Zusammenhang zwischen Wuchshöhe und Kambialalter ............................ 53

Abb. 26: Wuchshöhe der aufgenommenen Individuen in Abhängigkeit der Höhenlage ................ 57

Abb. 27: Raumzeitliche Entwicklung der Baumgrenze .................................................................. 59

Abb. 28: Mittlere Zuwachsraten der Jahre 2008, 2009 und 2010 anhand von acht Jungzirben. .... 60

Abb. 29: Schema der Interpolation der Temperaturmittel............................................................ 61

Abb. 30: Auswertung der interpolierten Temperaturmittel .......................................................... 62

8. Abbildungs- und Tabellenverzeichnung

121

Abb. 31: Modellierung der Höhenlage der klimatischen Waldgrenze auf Basis der Summe der Tage

mit Tm ≥ 5°C ..................................................................................................................63

Abb. 32: Zeitraum des durch HALa-09 bedingten Anstiegs der Baumgrenze .................................65



Abb. 35: Vergleich der modellierten klimatischen Waldgrenze mit dem rekonstruierten Anstieg

der Baumgrenze ............................................................................................................67

Abb. 36: Räumliche Verlagerung der Baumgrenze........................................................................68

Abb. 37: Vergleich der Wachstumsniveaus von Einzelbäumen in Abhängigkeit der Höhenlage für

die Zeiträume von 1840 bis 1899 und 1940 bis 1999 .....................................................70

Abb. 38: Vergleich der Wachstumsniveaus von Einzelbäumen in Abhängigkeit der Standorthöhe in

Zeitfenstern von 20 Jahren ............................................................................................71

Abb. 39: Vergleich der Wachstumsniveaus und der Abweichungen der Sommertemperatur (JJA)

vom klimatologischen Mittel 1961-1990 .......................................................................72

Abb. 40: Lebensspanne der im Sommer 2011 aufgenommenen Individuen im Lafatschertal ........74

Abb. 41: Kernfauler Stamm des Individuums HALb-23..................................................................75

Abb. 42: Lebensdauer der aufgenommenen Individuen unterteilt nach Spezies und Plot .............76

Abb. 43: Aufkommen nach Höhenlage und Spezies. .....................................................................78

Abb. 44: Schälschäden an einer jungen Zirbe (HALa-04, 2108 m) .................................................79

Abb. 45: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung während des 17. Jhd. und während der

ersten Hälfte des 18. Jhd. ..............................................................................................80

Abb. 46: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung während der zweiten Hälfte des 18. Jhd. bis

Mitte des 19. Jhd. und während der zweiten Hälfte des 19. Jhd. bis Mitte des 20. Jhd. .80

Abb. 47: Grobe Züge der möglichen Waldentwicklung seit Mitte des 20. Jhd. ..............................81

Abb. 48: Koeffizienten der Response Function Analysis ................................................................82

Abb. 49: Koeffizienten der Moving Response Function Analysis der Zirben-RCS-Chronologie .......83

Abb. 50: Koeffizienten der Moving Response Function Analysis der Lärchen-RCS-Chronologie .....84

Abb. 51: Rekonstruierte jährliche Abweichungen der Sommertemperatur anhand der skalierten

Lärchen- und Zirben-RCS-Chronologie im Vergleich mit den jährlichen Abweichungen der

mittleren Sommertemperatur vom klimatologischen Mittel 1961-1990 ........................86

Abb. 52: Typisierung der Wald- und Baumgrenze im Lafatschertal ...............................................90

Abb. 53: Vergleich des aus S/W-Luftbildern generierten Orthofotos aus dem Jahr 1954 und des

Farb-Orthofotos aus dem Jahr 2009 ..............................................................................92

Abb. 54: Relative Flächenanteile der Klassen Fels/Schutt, Wiese/Rasen, Bäume und Latschen je

Höhenstufe im Jahr 1954 und 2009 ...............................................................................93

Abb. 55: Vergleich der relativen Flächenanteile je Höhenstufe aus den Jahren 1954 (strichliert)

und 2009 für die Klassen Fels/Schutt, Wiese/Rasen, Bäume und Latschen ....................94


122

Abb. 56: Ablaufdiagramm des Algorithmus zur Einzelbaumextraktion ......................................... 97

Abb. 57: Vergleich zwischen digitalisierten und extrahierten Baumkronen .................................. 99

Abb. 58: Vergleich der Kronenfläche von extrahierten und digitalisierten Baumkronen ............. 100

Abb. 59: Vergleich des abgeleiteten Kronendurchmessers von extrahierten und digitalisierten

Baumkronen ............................................................................................................... 101

Abb. 60: Einfluss der Hangneigung auf die Entfernungsmessung mittels Laserscanning ............. 102

Abb. 61: Unter- und Überschätzung der Wuchshöhe auf geneigten Flächen .............................. 103

Abb. 62: Überschätzung der Wuchshöhe in ALS-Derivaten aufgrund von Felsabbrüchen ........... 103

Abb. 63: Waldfläche im Untersuchungsgebiet nach Österreichischem Forstgesetz von 1975 ..... 104

Abb. 64: Zusammenhang zwischen der Wuchshöhe der aus ALS-Daten extrahierten Einzelbäume

und ihrer Höhenlage ................................................................................................... 105

Abb. 65: Extrahierte Baumkronen klassifiziert nach Wuchshöhe ................................................ 106

Abb. 66: Untersuchungsgebiet im Lafatschertal vom Hallerangerhaus aus gesehen ................... 106

Tabellen:

Tab. 1: Monatliches Mittel der Temperaturabnahme je 100 hm .................................................. 28

Tab. 2: Metadaten der Stationen Zugspitze und Hohenpeißenberg .............................................. 28

Tab. 3: Monatsmittel der Lufttemperatur auf 2000 m zwischen 1961-1990 und 1981-2010 ......... 28

Tab. 4: Metadaten der Niederschlagsmessstationen .................................................................... 29

Tab. 5: Mittlerer Monatsniederschlag in mm an den Stationen Kastenalm und Halltal ................. 29

Tab. 6: Metadaten zu den aufgenommenen Plots ........................................................................ 43

Tab. 7: Datengrundlage zur Berechnung des mittleren Fehlers bei der Modellierung der fehlenden

Jahrringe zum Kern .......................................................................................................... 51

Tab. 8: Mittlere Anzahl an fehlenden Jahrringen (modelliert) und mittlerer Fehler der

Altersbestimmung je Probenkategorie............................................................................. 54

Tab. 9: Metadaten der für die RCS-Methode verwendeten Jahrringserien ................................... 54

Tab. 10: Mittlere Jahrringbreite und Serienlänge je Spezies bzw. Plot .......................................... 55

Tab. 11: Mittlere Wuchshöhe und Standardabweichung der zehn höchstgewachsenen Individuen

je Plot .............................................................................................................................. 57

Tab. 12: Korrelationskoeffizienten des Vergleichs zwischen der berechneten jährlichen Höhenlage

der klimatischen Waldgrenze und verschiedenen Temperaturmitteln der interpolierten

Datensätze ...................................................................................................................... 64

Tab. 13: Vergleich der mittleren relativen Jahrringbreite von 1840-2010 und 2000-2010. ............ 72

Tab. 14: Mittlere Lebensdauer je Spezies bzw. Plot ...................................................................... 76

Tab. 15: Zusammensetzung und Altersverteilung innerhalb des Plots HALc um 1750 ................... 77

8. Abbildungs- und Tabellenverzeichnung

123

Tab. 16: Mittelwerte [°C] und Standardabweichungen (SD) der RCS-Chronologien und der Histalp

JJA-Temperaturzeitreihe seit 1851 relativ zur Klimanormalperiode 1961-1960 ................85

Tab. 17: Korrelationskoeffizienten der Vergleiche der drei (Sommertemperatur-) Zeitreihen .......87

Tab. 18: Absolute Flächen (Hektar) nach Klassen je Höhenstufe für die Jahre 1954 und 2009.......93

Tab. 19: Übersicht über die Ergebnisvalidierung der Einzelbaumextraktion ..................................98

Tab. 20: Klassifizierung der extrahierten Einzelbäume..................................................................99

Tab. 21: Kronenfläche und Standardabweichung der extrahierten und digitalisierten Kronen ....101

Tab. 22: Kronendurchmesser und Standardabweichung der extrahierten und digitalisierten

Baumkronen ..................................................................................................................101

Tab. 23: Mittlere reale bzw. virtuelle Wuchshöhe in den Plots HALa/HALb und HALc .................102

Tab. 24: Anzahl und Wuchshöhe der extrahierten Einzelbäume nach Höhenstufen................... 105

124

Während der Ausarbeitung dieser Masterarbeit wurden folgende Programme verwendet:

Lizensiert (Universität Innsbruck, eigene Lizenzen): TSAP-Win (RINNTech), ArcMap und ArcCa-

talog (ESRI), Excel 2010 und Word 2010 (Microsoft), Photoshop CS5, Indesign CS5 und Illustrator

CS5 (Adobe), Grapher (Golden Software), OrthoEngine (PCI Geomatics)

Open source: IDLE (Entwicklungsumgebung für Python 2.7), GRASS GIS, SAGA GIS, Quantum

GIS, R (Packages dplR und bootRes), MCC-LIDAR

9. Anhang K

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Tab. ii: Datenblatt der dendrochronologisch beprobten Baumindividuen aus Plot HALb, Teil 1.

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Tab. v: Datenblatt der dendrochronologisch beprobten Baumindividuen aus Plot HALc, Teil 2.

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3

Tab. vi: Datenblatt des aufgenommenen Jungwuchses, an dem eine Triebzählung durchgeführt wurde.

Eidesstattliche Erklärung Hiermit bestätige ich, dass die vorliegende Masterarbeit eigenständig und ausschließlich von mir unter Verwendung der angeführten Quellen verfasst wurde.

_______________________________________ Thomas Zieher