Störungen in Waldökosystemen in einer Welt im Wandel

Der Klimawandel hat tiefgreifende Auswirkungen auf einen Vielzahl von ökologischen Prozessen und beeinflusst zunehmend die Artenzusammensetzung, Struktur, und Funktion von Ökosystemen. Die hohe Geschwindigkeit des fortschreitenden Wandels stellt vor allem für langlebige Ökosysteme wie Wälder ein Problem dar und limitiert deren Anpassung durch genetische und evolutionäre Prozesse. Durch die zunehmend schlechtere Umweltanpassung steigt das Risiko von abrupten und zerstörerischen Änderungen. Störungen durch Wind, Borkenkäfer und Waldbrand haben in den vergangenen Jahrzehnten bereits deutlich zugenommen. Die langfristigen Änderungen in derartigen Störungsregimes im Wald sowie deren Auswirkungen werden jedoch erst bruchstückhaft verstanden, was eine entsprechende Anpassung im Management von Ökosystemen stark einschränkt. Ziel des vorliegenden Projektes ist es daher, (i) ein tieferes systemisches Verständnis über die Einflussfaktoren auf Störungsregimes zu erlangen, (ii) deren Auswirkungen auf biologische Diversität und Ökosystemleistungen umfassend zu quantifizieren, und basierend auf diesen Erkenntnissen (iii) Strategien zu entwickeln wie Ökosystemmanagement und Gesellschaft mit derartigen Änderungen umgehen können. Zur Beantwortung dieser Fragen werden paarweise Studienlandschaften unter gleichen biogeographischen Bedingungen aber unterschiedlicher Bewirtschaftung (Nationalpark vs. bewirtschaftete Landschaft) in Mitteleuropa untersucht. In einem interdisziplinären Ansatz wird für dieses Netzwerk von Studienlandschaften mittels dendroökologischer Ansätze das Störungsregime der letzten Jahrhunderte rekonstruiert, die Ausdehnungaktueller Störungen auf Basis von Fernerkundungsdaten ermittelt, sowie mögliche zukünftige Entwicklungen unter einem Ensemble von Klimaszenarien mittels Computersimulation abgeschätzt. Darauf aufbauend kann zum ersten Mal für eine Region in Europa festgemacht werden ob sich heutige und mögliche zukünftige Störungsregimes signifikant von vergangenen Perioden unterscheiden. Weiters werden die Auswirkungen von sich ändernden Störungsregimes auf Biodiversität abgeschätzt sowie deren Wirkungen auf bereitstellende (Holzproduktion), regulierende (Kohlenstoffspeicherung, Wasserrückhalt), kulturelle (Erholungswert) und unterstützende (Primärproduktion) Ökosystemleistungen quantifiziert. In Zusammenarbeit mit Stakeholdern werden basierend auf Simulationsergebnissen Strategien zum Umgang mit Störungen bei unterschiedlichen Bewirtschaftungszielen (Schutz von Artenvielfalt, Bereitstellung von verschiedenen Ökosystemleistungen) erarbeitet. Darüber hinaus werden als Entscheidungsunterstützung für Politik und Katastrophenschutz neuartige Simulationsansätze entwickelt um risikorelevante Ergebnisse auf regionale Ebene zu skalieren (Waldfläche > 10 Mio. ha). Das Projekt wird so nicht nur das Verständnis von Störungsprozessen sowie deren Berücksichtigung im Ökosystemmanagement revolutionieren sondern auch konzeptionelle und methodische Fortschritte in Hinblick auf den Umgang mit Risiko und Resilienz bei abrupten Umweltänderungen liefern.

Bedingt durch den rasch fortschreitenden Klimawandel sind Wälder weltweit im Wandel. Störungen, d.h. abrupter Verlust lebender Biomasse durch Waldbrand, Windwurf, oder Insekten, gehören zu denjenigen Prozessen in Waldökosystemen, die am sensitivsten auf Klimaveränderungen reagieren. Mögliche Veränderungen in Störungsregimes sind von besonderer gesellschaftlicher Bedeutung, da Störungen die vom Wald bereitgestellten Ökosystemleistungen weitgehend negativ beeinflussen. Das Forschungsprojekt "Störungen in Waldökosystemen in einer Welt im Wandel" hatte zum Ziel, (1) Veränderungen in Störungsregimes zu quantifizieren, (2) die Auswirkungen von Störungen auf Ökosystemleistungen abzuschätzen und (3) Strategien zur Anpassung in der Waldbewirtschaftung zu identifizieren. Um diese Fragen zu adressieren wurden im Projekt eine Reihe von unterschiedlichen methodologischen Ansätzen - von Fernerkundung bis zur Simulationsmodellierung und der Analyse empirischer Daten - kombiniert. Zwischen 1986 und 2016 wurden in Europas Wäldern 39 Millionen Hektar Wald (17% der Waldfläche) durch menschliche oder natürliche Ursachen gestört. Die Störungsrate hat dabei über den Betrachtungszeitraum stetig zugenommen, wobei der jährliche Anstieg +1.5% betrug. Obwohl es auch in der Vergangenheit immer wieder Störungsepisoden gab ist es doch wahrscheinlich, dass die Wälder Mitteleuropas bei fortschreitender Entwicklung außerhalb der historischen Bandbreite ihrer Variabilität liegen. Simulationen zur Störungsentwicklung unter zukünftigen Klimaszenarien legen nahe, dass die Störungsaktivität in Mitteleuropas Wäldern in den kommenden Jahrzehnten noch weiter zunehmen wird. Derartige Veränderungen in den Störungsregimes können bedeutende Auswirkungen auf Ökosystemleistungen und Biodiversität haben. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es in Mitteleuropas Bergwäldern ca. 30 Jahre dauert, bis der in einer starken Störung verlorene Kohlenstoff wieder aufgebaut wird. Eine mögliche Einschleppung von gebietsfremden Schadarten könnte die Kohlenstoffspeicherfähigkeit des Waldes weiter reduzieren. Vermehrte und/ oder neuartige Störungen könnten somit die wichtige Rolle des Waldes im Klimaschutz schwächen. Auch andere Ökosystemleistungen wie die Holzproduktion und der Schutz vor Naturgefahren werden negativ von Störungen beeinflusst. Die biologische Vielfalt profitiert jedoch überwiegend von Störungen. Störungen erhöhen die strukturelle Vielfalt in Mitteleuropas Wäldern und gestörte Flächen weisen eine sehr hohe Artenvielfalt auf. Maßnahmen wie das rasche Entfernen von Schadholz oder eine Reduktion der Umtriebszeit können die Störanfälligkeit von Wäldern reduzieren. Diese Maßnahmen können jedoch auch ungewollte Auswirkungen z.B. auf Kohlenstoffspeicherung und Biodiversität haben. Eine weitere potente Maßnahme um Störungen im Waldbau zu begegnen ist die Förderung der Baumartenvielfalt innerhalb und zwischen einzelnen Beständen. Insgesamt unterstreichen die Projektergebnisse, dass Störungen eine zentrale Rolle in der zukünftigen Waldpolitik und -bewirtschaftung spielen werden.