Beispiel eines sich erholenden Schutzwaldes oberhalb von Curaglia (GR): direkt nach dem Sturm (links) und 2023 (rechts)Bilder: Bergwaldprojekt

Zeitschriften | Verband & Politik – Lesezeit 2 min.

Wie sich die Schutzwirkung von Wäldern nach Windwurf erholt

Schutzwälder haben eine wichtige Funktion für Menschen und Infrastruktur in Bergregionen. Störungen wie Käferkalamitäten oder Sturmereignisse können diese Funktion beeinträchtigen. Eine Studie zeigt nun, wie sich die Schutzwirkung nach dem Sturm Vivian erholt hat.

Christine Moos¹⁾, Kaya Dietrich¹⁾, Alexandra Erbach¹⁾, Christian Ginzler²⁾, Estelle Noyer¹⁾, Christoph Schaller¹⁾, Luuk Dorren¹⁾* | Wälder in Bergregionen spielen eine unverzichtbare Rolle für den Schutz von Menschen und Infrastruktur vor Naturgefahren. Ohne die Schutzfunktion dieser Wälder wären grosse technische Verbauungen erforderlich, die immense Kosten für die Installation und Wartung mit sich brächten. Obwohl die Schutzwirkung von Wäldern allgemein unbestritten ist und auch durch zahlreiche wissenschaftliche Studien belegt wurde [1], bleiben offene Fragen hinsichtlich der langfristigen und zuverlässigen Bereitstellung der Schutzfunktion.

Insbesondere natürliche Störungen wie Waldbrände, Insektenbefall oder Stürme können zu einem vorübergehenden Verlust der Schutzwirkung des Waldes und damit zu potenziell höheren Naturgefahrenrisiken führen. Mit dem fortschreitenden Klimawandel werden extreme Störungsereignisse voraussichtlich zunehmen, und sie könnten die Zuverlässigkeit von Schutzwäldern als biologische Schutzmassnahme beeinträchtigen [2].

Grossräumige Analyse

Um die Auswirkungen natürlicher Störungen auf die Schutzwirkung des Waldes abschätzen zu können, ist es nicht nur entscheidend, zu wissen, inwieweit die Schutzwirkung verringert wird, sondern auch, wie schnell sie sich nach einer Störung wieder erholt. Derzeit fehlen jedoch grossräumige Daten spezifisch zu Schutzwäldern, um diese Frage zufriedenstellend zu beantworten. Die vorhandenen Erkenntnisse über die Erholung der Schutzwirkung nach Störungen stammen grösstenteils aus Feldstudien. In der Schweiz wurden beispielsweise grosse Anstrengungen unternommen, um die Entwicklung der Verjüngung nach den beiden schweren Sturmereignissen Vivian und Lothar in den Jahren 1990 respektive 2000 zu analysieren [3].

Obwohl diese Studien wichtige Erkenntnisse über die Erholung des Waldes nach Windwürfen und deren mögliche Folgen für den Schutz vor Naturgefahren liefern, konzentrieren sie sich meist auf eine begrenzte Anzahl von Standorten, was verallgemeinerbare Schlussfolgerungen erschwert. Gleichzeitig wird die Erholung des Waldes nach Störungen vermehrt mit Fernerkundungsdaten analysiert. Viele dieser Studien verwenden den Deckungsgrad und/oder die Baumhöhe, abgeleitet aus Satellitendaten, als Mass für die Erholung.

Eine vollständige Überschirmung hat jedoch nur begrenzte Aussagekraft hinsichtlich der Schutzwirkung. Um Letztere quantifizieren zu können, sind detailliertere Kenntnisse zur Waldstruktur, wie beispielsweise der Stammzahl oder Durchmesserverteilung, nötig. In der vorliegenden Studie wurden schweizweite Vegetationshöhenmodelle verwendet, um die Erholung der Schutzwirkung nach dem Sturmereignis Vivian von 1990 zu quantifizieren [4]. Folgende zwei Fragen wurden bearbeitet: Wie gut hat sich die Schutzwirkung der gestörten Flächen 13 und 31 Jahre nach dem Sturm erholt? Welche Faktoren beeinflussen die Erholung hauptsächlich?

Quantifizierung durch Fernerkundungsdaten

Die Studie wurde mit 1740 Vivian-Flächen in den Kantonen Wallis, St. Gallen, Uri, Glarus und Graubünden durchgeführt. Für diese Kantone waren Vegetationshöhenmodelle mit einer genügenden Auflösung für zwei Zeitpunkte nach dem Sturm (2003 und 2021) verfügbar.

Die Windwurfflächen wurden aus dem nationalen Datensatz «Waldschadenflächen Vivian 1990» [5] extrahiert. Es wurden Windwurfflächen berücksichtigt, die mindestens 75 % Schutzwald umfassten. Da keine Vergleichsdaten zum Zustand der Flächen vor Vivian zur Verfügung standen, wurden sie mit unbeschädigten «Referenzflächen» verglichen. Diese wurden in der umliegenden Zone der Windwurfflächen festgelegt. Zwischen den Referenz- und den Windwurfflächen wurde eine Zone von 15 m eliminiert, um eine Beeinträchtigung der Analyse durch Randeffekte des Windwurfs zu vermeiden.

Um die Erholung der Schutzwirkung zu untersuchen, wurden Vegetationshöhenmodelle basierend auf luftgestützten Laserscanning-Daten aus den Jahren 2003 und 2021 sowie aus diesen extrahierte Einzelbaumdaten verwendet. Die Erholung der Schutzwirkung wurde anhand verschiedener Waldstrukturvariablen, die stark mit der Schutzwirkung eines Bestandes korrelieren, quantifiziert. Eine Schlüsselrolle spielte dabei die Bestandesgrundfläche, welche eine gute Näherungsvariable für die Schutzwirkung von Wäldern gegen verschiedene Naturgefahrenprozesse ist. Zusätzlich wurden Vegetationshöhe, Stammzahl, mittlerer Brusthöhendurchmesser (BHD) sowie der Deckungsgrad analysiert. Der BHD der Einzelbäume wurde mittels allometrischer Funktionen basierend auf LFI-Daten hergeleitet.

Für jeden Zeitschritt (2003 und 2021) wurde schliesslich das Verhältnis der Waldstrukturvariable zwischen der Windwurf- und der jeweiligen Referenzfläche als Mass der Erholung berechnet.

Allgemein erholt sich die Schutzwirkung

In den Windwurfflächen wurde 31 Jahre nach dem Sturm Vivian ein deutlicher Anstieg des Deckungsgrads, der Vegetationshöhe, der Baumdichte, des BHD und der Grundfläche festgestellt. Während die mittlere Grundfläche der Windwurfflächen nach 13 Jahren 0,52 m² pro ha betrug, erreichte sie 2021 4,4 m² pro ha. Die Vegetationshöhe lag 2021 im Mittel bei 7,6 m und der Deckungsgrad bei 75 %. Die Stammzahl betrug durchschnittlich 112 Stämme/ha.

Insgesamt hat sich die Vegetationshöhe 31 Jahre nach dem Sturm um durchschnittlich 67 % erholt, während 20 % der Flächen eine Erholung von über 85 % erreicht haben. Der Deckungsgrad hat sich um 90 % erholt, die Stammzahl um 46 %. Die Grundfläche hat nach 31 Jahren eine durchschnittliche Erholung von 16 % erreicht, wobei sich etwa ein Viertel der Flächen (n=433) um maximal 6,6 % erholt hat.

Topografie, Untergrund und Klima

Die Erholung der Schutzwirkung nahm mit zunehmender Höhe und abnehmender mittlerer Jahrestemperatur sowie minimaler Wintertemperatur signifikant ab. Darüber hinaus war die Erholung in grösseren Windwurfflächen deutlich höher. Eine zunehmende Hangneigung sowie eine nördliche Ausrichtung hatten einen wesentlichen negativen Einfluss. Ausserdem war die Erholung auf Kalk tendenziell geringer als an Hängen aus silikatischem Gestein, Konglomerat oder Blockschutt. Sowohl die Erholung der Grundfläche als auch der Stammzahl nahm mit den mittleren Frühjahrsniederschlägen im Jahr 2021 erheblich zu.

Für die beiden Beobachtungszeiträume wurden gegensätzliche Auswirkungen von Trockenheit, die basierend auf einem Trockenstressindex quantifiziert wurde, festgestellt. Während 2003 die Erholung der Stammzahl und der Grundfläche positiv mit dem Trockenstress korrelierten, nahm 2021 die Erholung mit abnehmendem Trockenstress zu. Dies könnte einerseits durch die verstärkte Konkurrenz um Wasserressourcen aufgrund der zunehmenden Stammzahl erklärt werden. Andererseits könnte diese Veränderung auch mit einer Zunahme der Häufigkeit und Intensität von Trockenperioden zwischen den beiden Beobachtungszeiträumen zusammenhängen. Der maximale Trockenstress nahm zwischen den Zeiträumen 1990–2003 und 2004–2021 deutlich zu, was dazu geführt haben könnte, dass Trockenheit zunehmend zu einem limitierenden Faktor für die Verjüngung wurde.

Die Erholung der Schutzwirkung braucht Zeit

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich die vom Sturm Vivian betroffenen Schutzwälder in den Schweizer Alpen nach 31 Jahren deutlich erholt haben. Der Grad der Erholung variierte jedoch stark zwischen den betrachteten Waldstrukturvariablen. Während sich die Baumhöhe und der Deckungsgrad nach 31 Jahren weitgehend erholt hatten, fiel die Erholung der Stammzahl und der Grundfläche deutlich geringer aus. Dies hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Schutzfunktion eines Waldbestandes, abhängig von den potenziellen Naturgefahrenprozessen, vor denen er schützen soll: Während ein weitgehend geschlossenes Kronendach mit Bäumen, die bis zu zwei Drittel der ursprünglichen Baumhöhe erreichen, für die Verhinderung von Lawinenanrissen ausreichend sein kann [6], ist die Grundfläche ein aussagekräftigerer Indikator für die Erholung der Schutzwirkung gegen Steinschlag oder flachgründige Rutschungen.

Obwohl vorliegende Ergebnisse insgesamt eine hohe Resilienz der von Vivian zerstörten Schutzwälder zeigen, unterstreichen sie die langen Zeiträume, die für eine vollständige Wiederherstellung der Schutzwirkung erforderlich sind. Fast ein Viertel der Windwurfflächen wiesen eine Erholung der Grundfläche von ≤6,6 % auf. In diesen Gebieten besteht das Risiko einer langfristig verminderten Schutzwirkung. Da jedoch die Mehrheit dieser Gebiete eher klein ist (≤0,6 ha in 75 %), hält sich die Reduktion der Schutzwirkung auf dem gesamten Hang vermutlich in Grenzen.

Die hier erläuterte Studie fokussierte auf einer grossräumigen Analyse, weshalb lokale Unterschiede, zum Beispiel der Einfluss des Managements nach der Störung oder die temporäre Schutzwirkung von liegendem Holz, nicht berücksichtigt werden konnten und Fragen für weitere Untersuchungen liefern.

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