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Den Wald vor Lauter Bäumen sehen von Agathe Paglia

Klassischerweise wird der Baumbestand einer Waldfläche vermessen, um den Zuwachs und damit die Nachhaltigkeit der Bewirtschaftung zu prüfen. Im Nationalpark Schwarzwald ist das anders. Dort vermessen Wissenschaftler Bäume, um die Prozesse zu dokumentieren, die auf einer Waldfläche stattfinden. Dabei werden alle Faktoren einbezogen, die Einfluss auf die Walddynamik haben. 2017-2019 wurde der Nationalpark auf diese Art erstmals komplett erfasst.

Fliegen für die Übersicht
Fernerkundungsmethoden sind ideal, um Veränderungen auf großen Flächen effizient zu erfassen. Mit dieser Technik lassen sich Auswirkungen durch Trockenheit, Borkenkäferbefall oder Sturmereignisse erkennen und die betroffenen Gebiete sogar automatisch abgrenzen. Diese als „Geodatenanalyse“ bezeichnete Datenverarbeitung ist das Ressort von Christoph Dreiser. Datengrundlage sind Luftbilder, die einmal pro Jahr von der gesamten Fläche des Nationalparks aufgenommen werden. Neben den Luftbildern, die zur besseren Erkennung von Vegetation neben dem für das Auge sichtbaren Spektrum auch das unsichtbare Infrarot aufzeichnen, kommt im Nationalpark auch die Laserscan-Fernerkennung zum Einsatz. Anders als bei Luftbildern, bei denen – wie beim Fotografieren – das reflektierte Licht der Sonne aufgezeichnet wird, bringt der Laserscan, genau wie ein Büro-Scanner, seine eigene Beleuchtung mit. „Damit ist man unabhängig von Sonnenstand zum Zeitpunkt der Befliegung und auch Schattenwurf und Bewölkung machen keine Probleme.“ sagt Dreiser. Die bedeutendste Eigenschaft beim Laserscan ist jedoch, dass jeder der zahlreichen ausgesendeten Laserstrahlen auf seinem Weg zum Boden von den verschiedenen Zweigen der Baumkronen teilweise reflektiert wird. Die Position einer jeden dieser Reflektionen wird von der Empfangsantenne zentimetergenau räumlich vermessen. So entsteht eine 3D-Punktwolke, die so detailreich ist, dass man daraus die typischen Wuchsformen der verschiedenen Baumarten erkennen kann. Da im Nationalpark aber viele Bäume stehen, ist mit „Erkennen“ alleine nicht viel gewonnen. Ziel war es daher, dem Computer beizubringen, das automatisch zu erledigen. Im letzten Jahr hat das Fernerkundungsteam eine Methode entwickelt, mit der mit einer Genauigkeit von über 90% für jeden Baum über 15 Meter Wuchshöhe die Baumart automatisch klassifiziert wird. Auf diese Weise ist jetzt bekannt, dass die Bäume im Nationalpark zu 60 Prozent Fichten sind, zu 20 Prozent Tannen, zu acht Prozent Laubholz. Der Rest sind Lärchen, Kiefern, Douglasien und stehendes Totholz. Auch der Gesamtbestand der Bäume über 15 Meter Wuchshöhe ist damit bekannt: es sind 1,3 Millionen.

Wald mal ohne Bäume
Die Wuchshöhe der Bäume, und zwar aller Bäume – besser gesagt, die Vegetationshöhe an jeder Stelle – ergibt sich übrigens durch die oben erwähnten verschiedenen Reflektionen der Laserstrahlen. Die jeweils erste Reflektion kommt vom Kronendach, und aus diesen Punkten berechnet man ein Oberflächenrelief des Kronendachs. Die jeweils letzte Reflektion eines jeden Laserstrahls trifft den Boden, falls das Kronendach oder der Unterwuchs nicht zu dicht stehen. Aber da es ja viele Millionen Strahlen sind, gibt es genügend Bodenpunkte, um daraus ein Bodenrelief „ohne Vegetationsbedeckung“ zu berechnen. Auf diesem Bodenrelief lassen sich sogar Oberflächenstrukturen wie uralte Wege oder jahrhundertealte Köhlerplätze identifizieren, die komplett von Natur eingewachsen und im Gelände ansonsten nicht erkennbar sind. Subtrahiert man dieses Bodenrelief vom Kronenrelief, ergibt sich daraus die Baumhöhe. Die liegt im Nationalpark meist zwischen 30 bis 45 Meter.

In den Wald hineingehen, den Wald durch Aufnahmepunkte repräsentieren
Nicht alles lässt sich von oben und über Bildschirme erfassen. Will man Wechselwirkungen analysieren und Aussagen über die Reaktion von Organismengruppen auf die Walddynamik treffen, ist es wichtig, dass man in den Wald hineingeht, die Waldstruktur unter dem Kronendach und die Artenzusammensetzung auf dem Waldboden anschaut und davon Aufnahmen macht. Stefanie Gärtner hat dafür mit ihren Kollegen ein Stichprobendesign aufgebaut, das auf dem der Forstverwaltung basiert. Das systematische, permanente Netz von Strichprobenpunkten dient im Wirtschaftswald dazu, zu kontrollieren, dass dem Wald nur so viel entnommen wird, wie nachwachsen kann. Eine solche Prüfung der Nachhaltigkeit wird in der Forstwirtschaft schon seit mehr als 100 Jahren genutzt.

Die Erhebungen des Nationalparks erfolgen auf repräsentativ ausgewählten Flächen – mit Blick auf die Höhenmeter, Nord- oder Südausrichtung, steile oder flache, lehmige, sandige, mit sauren oder eher basischen Böden. Mit 210 solcher Monitoringplots, die jeweils rund 400 Quadratmeter Fläche umfassen, wurde nun das gesamte Gebiet des Nationalparks kartiert. Dabei erfasste das Team jeden einzelnen Baum, wo genau er steht, zu welcher Art er gehört und wie er dimensioniert ist. Außerdem wurde dokumentiert, wie viel Totholz und wie viele Wurzelteller ein Plot aufweist, wie viel Jungwuchs oder Keimlinge.

„Über die wiederholte Aufnahme der Daten dieser unterschiedlichen Flächen und in der Zusammenschau mit den Ergebnissen der Fernerkundung, dokumentieren wir die Walddynamik auf der ganzen Nationalparkfläche“, erklärt die Forstwissenschaftlerin.

Langer Atem ist gefragt
„Der Nationalpark ist noch jung, noch bewegt sich die Waldstruktur etwa in einem ähnlichen Rahmen, aber irgendwann wird sie mehr und mehr variieren, wie wir das heute schon in einem Teil der Kernzone, im ehemaligen Bannwald Wilder See, erkennen“, freut sich Gärtner. Manchmal hilft die Natur nach, wie beispielsweise durch orkanartige Stürme. Der Lotharpfad sei dafür ein wunderbares Beispiel. Generell aber gilt: „Wenn keine größeren natürlichen Störungen auftreten, lässt sich Walddynamik nicht in einer Wissenschaftsgeneration erforschen – dazu braucht es einen langen Atem und ein langfristiges Monitoringprogramm.“ Aber es sind nicht nur die großflächigen Veränderungen, die Gärtner und ihre Kollegen interessieren. Viele Bäume erreichen nicht ihr maximal mögliches Alter, sondern sterben aus verschiedensten Gründen zuvor ab, bleiben noch eine Zeit stehen und können beim Umfallen je nach Größe noch einige ihrer Nachbarn mit zu Boden reißen. Dadurch entstehen kleinere oder größere Lücken. Auch diese kleinflächige Dynamik erzeugt viele neue Habitate, Lebensräume am toten Holz oder auch im wärmenden Licht am Waldboden. Diese Zusammenhänge – ob groß oder kleinflächig und wie sie sich in der Fläche abspielen – sind es, was die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Nationalparkverwaltung interessiert. Denn so erforschen sie, wie sich natürliche Waldentwicklung auf die Funktion des Waldökosystems mit all seinen Arten auswirkt. „Das Spannende bei einem Nationalpark ist, dass wir vor allem in der Kernzone die Prozesse laufen lassen und dokumentieren“, erklärt Gärtner, „und so lernen wir, wie die Natur damit umgeht, und das sind letztlich auch wichtige Erkenntnisse für die Forstwirtschaft.“

Christoph Dreiser
arbeitet seit Januar 2015 im Nationalpark Schwarzwald. In den 25 Jahren davor unterstützte der promovierte Geograf Projekte der Internationalen Zusammenarbeit in Afrika, Asien und Ozeanien als Experte für Fernerkundung und Geographische Informationssysteme. Neben diesen Spezialgebieten ist er im Nationalpark für das Umweltmonitoring zuständig.

Stefanie Gärtner
ist seit August 2015 im Nationalpark Schwarzwald als Sachbereichsleiterin für „Vegetation und
Prozessschutz“ zuständig. Die studierte Forstwissenschaftlerin hat über die Auswirkungen von
Waldumbau auf die Vegetation im Südschwarzwald promoviert und sich währenddessen und
danach viel mit Naturwäldern und Waldentwicklung beschäftigt – unter anderem auch in den
USA und in Kanada.

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