Andrea R. Pluess, Sabine Augustin und Peter Brang (Redaktion)
Wald im Klimawandel
Herausgeber Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf
Andrea R. Pluess, Sabine Augustin und Peter Brang (Redaktion)
Wald im Klimawandel Grundlagen fĂźr Adaptationsstrategien
Haupt Verlag
Zitierung Pluess, A.R.; Augustin, S.; Brang, P. (Red.), 2016. Wald im Klimawandel. Grundlagen für Adaptationsstrategien. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern; Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdorf; Haupt, Bern, Stuttgart, Wien. 447 S. Zitierung einzelner Kapitel Kapitelautoren, 2016. Kapiteltitel. In: Pluess, A.R.; Augustin, S.; Brang, P. (Red.), Wald im Klimawandel. Grundlagen für Adaptationsstrategien. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern; Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdorf; Haupt, Bern, Stuttgart, Wien. x-y. Diese Publikation ist auch in französischer Sprache erhältlich (ISBN 978-3-258-07996-7): Pluess, A.R.; Augustin, S.; Brang, P. (Réd.), 2016. Forêts et changements climatiques. Éléments pour des stratégies d‘adaptation. Office fédéral de l‘environnement OFEV, Berne; Institut fédéral de recherches WSL, Birmensdorf; Haupt, Berne, Stuttgart, Vienne. 455 p. Die Originalsprache ist Deutsch. Die Kapitel durchliefen ein wissenschaftliches Begutachtungsverfahren. Andrea R. Pluess Dr. Phil., dipl. Biologin, Universität Basel Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf Sabine Augustin Dr. forest., Dipl.-Ing. agr., Universität Göttingen Leiterin des Forschungsprogramms «Wald und Klimawandel» Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern Peter Brang Dr. sc. nat. ETH, dipl. Forstingenieur, ETH Zürich Leiter des Forschungsprogramms «Wald und Klimawandel» Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf 1. Auflage 2016 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. ISBN 978-3-258-07995-0 Alle Rechte vorbehalten. Copyright © 2016 by Haupt, BAFU, WSL Jede Art der Vervielfältigung ohne Genehmigung des Verlages ist unzulässig. Lektorat: Martin Moritzi, Lisa Bose, WSL Korrektorat: Claudia Bislin Gestaltung und Layout: Sandra Gurzeler, Jacqueline Annen, WSL Gestaltung Umschlag: Daniela Vacas, Haupt Umschlagbilder: Simon Speich, Ueli Meier, Lorenz Walthert, Ueli Ryter, Markus Bolliger, Ulrich Wasem
Printed in Germany www.haupt.ch
Inhaltsverzeichnis Vorwort Dank
1 Eine Schweizer Forschungsinitiative zum Wald im Klimawandel
7 9 13
Peter Brang, Sabine Augustin, Julia Born und Andrea R. Pluess
2 Klima, Wasserhaushalt und Nährstoffkreisläufe 2.1 Klimawandel in der Schweiz – Entwicklung waldrelevanter Klimagrössen Jan Remund, Georg von Arx, Laure Gallien, Martine Rebetez, Barbara Huber und Niklaus E. Zimmermann
21 23
2.2 Wasserhaushalt von Wäldern bei zunehmender Trockenheit Martin Scherler, Jan Remund und Lorenz Walthert
39
2.3 Nährstoffflüsse im Wald mit Fokus auf Stickstoff und basische Kationen Peter Waldner, Sabine Braun, Daniel Kurz und Anne Thimonier
61
3 Auswirkungen des Klimawandels auf den Wald 3.1 Ökophysiologie: Reaktionen von Waldbäumen auf Klimaänderungen Matthias Arend, Sabine Braun, Alexandre Buttler, Rolf T.W. Siegwolf, Constant Signarbieux und Christian Körner 3.2 Genetische Variation und lokale Anpassung bei Waldbaumarten im Zeichen des Klimawandels Felix Gugerli, Aline Frank, Christian Rellstab, Andrea R. Pluess, Barbara Moser, Matthias Arend, Christoph Sperisen, Thomas Wohlgemuth und Caroline Heiri
75 77
93
3.3 Verjüngung von Buche und Fichte im Klimawandel Thomas Wohlgemuth, Laure Gallien und Niklaus E. Zimmermann
115
3.4 Wachstum von Einzelbäumen: das Klima als Baustein im komplexen Wirkungsgefüge Brigitte Rohner, Sabine Braun, Pascale Weber und Esther Thürig
137
3.5 Potenzielle Grundflächenveränderungen auf Bestandesebene im Klimawandel Nicolas Bircher, Maxime Cailleret, Andreas Zingg und Harald Bugmann
157
3.6 Mortalität von Waldbäumen: Ursachen und Trends Sophia Etzold, Jan Wunder, Sabine Braun, Brigitte Rohner, Christof Bigler, Meinrad Abegg und Andreas Rigling
177
3.7 Baumartenverbreitung und Standorteignung Niklaus E. Zimmermann, Dirk R. Schmatz, Laure Gallien, Christian Körner, Barbara Huber, Monika Frehner, Meinrad Küchler und Achilleas Psomas
199
5
Inhaltsverzeichnis
3.8 Potenzielle Entwicklung der Waldbrandgefahr im Klimawandel Gianni Boris Pezzatti, Antonella De Angelis und Marco Conedera
223
3.9 Borkenkäfer und Befallsdisposition der Fichte im Klimawandel Oliver Jakoby, Golo Stadelmann, Heike Lischke und Beat Wermelinger
247
4 Auswirkungen des Klimawandels auf die Waldleistungen 4.1 Auswirkungen des Klimawandels auf Schutzwald und Naturgefahren Peter Bebi, Harald Bugmann, Peter Lüscher, Benjamin Lange und Peter Brang
267 269
4.2 Auswirkungen des Klimawandels auf Bergwaldvogelarten Kurt Bollmann und Veronika Braunisch
287
4.3 Ökonomische Beurteilung waldbaulicher Strategien zur Bewältigung des Klimawandels im Schweizer Mittelland Bernhard Pauli, Barbara Stöckli, Niels Holthausen und Christian Rosset
311
5 Managementoptionen zur Milderung der Auswirkungen
339
des Klimawandels auf die Waldleistungen
5.1 Waldbauliche Strategien im Klimawandel Peter Brang, Christian Küchli, Raphael Schwitter, Harald Bugmann und Peter Ammann
341
5.2 Erhaltung genetischer Ressourcen im Schweizer Wald – heutige Situation und 367 Handlungsbedarf angesichts des Klimawandels Christoph Sperisen, Andrea R. Pluess, Matthias Arend, Peter Brang, Felix Gugerli und Caroline Heiri 5.3 Potenzial von Gastbaumarten bei der Anpassung an den Klimawandel Peter Brang, Andrea R. Pluess, Anton Bürgi und Julia Born
385
5.4 Wissensaustausch und Controlling als Schlüsselfaktoren eines adaptiven Waldmanagements Nora Zürcher-Gasser, Kathrin Kühne, Jean-Jacques Thormann, Christoph Küffer, Raphael Schwitter, Samuel Zürcher und Monika Frehner
407
6 Kernaussagen und Empfehlungen zum Wald im Klimawandel
421
Andrea R. Pluess, Sabine Augustin und Peter Brang
7 Anhang Projektliste
6
441
Vorwort Der Klimawandel läuft mit einer Geschwindigkeit ab, die Zweifel aufkommen lässt, ob sich die Wälder über natürliche Prozesse genügend rasch an die veränderten Verhältnisse anpassen und ihre Funktionen dauernd erfüllen können. In der Schweiz beträgt die Erwärmung seit Beginn der Industrialisierung bereits rund 1,8 °C, und der mit dem Klimaabkommen von Paris angestrebte Schwellenbereich von global 1,5 bis 2 °C wird für die Schweiz zu einer weiteren Erwärmung von 1 bis 2 °C führen. Für den Wald bedeutet dies, dass sich der Klimawandel deutlich auswirken wird, selbst wenn die im Rahmen der internationalen Klimaverhandlungen angestrebten Ziele erreicht werden. Der Aktionsplan des Bundesrates zur Anpassung an den Klimawandel (BAFU 2014) hält denn auch fest, dass Bäume, die heute keimen, bereits in mittlerem Alter in einem stark veränderten Klima leben werden. Mittel- bis langfristig sind daher wichtige Waldleistungen gefährdet. Um die Anpassung des Waldes zu unterstützen und die Erhaltung aller Waldleistungen abzusichern – die Schutzwirkungen des Waldes, die wichtiger werdende Rohstoff- und Energieversorgung, die Funktion als Hort der Biodiversität sowie weitere Leistungen –, sind waldbauliche Strategien nötig, welche eine Überführung des Waldes in die neuen Klimabedingungen erleichtern. Daher haben das Bundesamt für Umwelt und die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft 2009 das Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» gestartet. Das Programm hat zum Ziel, für die vielfältigen Waldstandorte in der Schweiz Grundlagenwissen zu erarbeiten, damit die Akteure – Forstdienste, Betriebsleitende, Waldeigentümer und Waldeigentümerinnen, politische Entscheidungsträger – die mit dem Klimawandel verbundenen Risiken besser einschätzen sowie Verjüngung und Pflege der Wälder auf erhöhte Anpassungsfähigkeit und Resilienz ausrichten können. Das vorliegende Buch ist die wissenschaftliche Synthese dieses Forschungsprogramms. Es präsentiert die gewonnenen Resultate, die auch mit der internationalen Forschung verknüpft und abgeglichen sind, in Form von Themenbeiträgen. An den mehr als 40 Forschungsprojekten waren nebst der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) auch die Universität Basel, die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), das Paul Scherrer Institut (PSI), die Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (HAFL), das Institut für angewandte Pflanzenbiologie (IAP), die Firma Meteotest sowie mehrere Ingenieurbüros beteiligt. Die Forschungsprojekte und die Synthese zeigen uns auf, in welchem Rahmen sich der Klimawandel auf den Wald und dessen Leistungen auswirken wird. Dies ist die Basis zur Entwicklung praktischer Empfehlungen für Baumartenwahl und Waldbau, die geeignet sind, die diversen Waldfunktionen auch in Zukunft sicherzustellen. Die Resultate bilden zudem die Grundlage zur Beantwortung konkreter Fragen wie zum Beispiel zu den Risiken des Klimawandels für die Fichte oder zum Einsatz von Gastbaumarten. Das Forschungsprogramm Wald und Klimawandel wird 2017 abgeschlossen und ist im Zusammenhang mit der Verminderung des Klimawandels und der Anpassung an dessen Auswirkungen von zentraler Bedeutung. Die Erkenntnisse tragen zur Umsetzung der Strategie des Bundesrates zur Anpassung an den Klimawandel in der Schweiz (BAFU 2012 a), zur Waldpolitik 2020 (BAFU 2013) und zur Strategie Biodiversität Schweiz (BAFU 2012 b) bei. Sie 7
Vorwort
dienen der Umsetzung des Artikels 28a, Vorkehrungen zum Klimawandel, den das Parlament mit der Revision im Frühling 2016 neu in das Waldgesetz aufgenommen hat. Trotz dem Erkenntnisgewinn aus dem Forschungsprogramm werden Unsicherheiten bleiben, die sich nur schon daraus ergeben, dass verschiedene Klimaszenarien möglich sind. Mit fortschreitendem Klimawandel werden sich weitere Fragen stellen, die es wissenschaftlich zu klären gilt. Dabei wird intensives Monitoring im Wald unerlässlich sein, das Auskunft über den Waldzustand und dessen Entwicklung gibt. Das vorliegende Buch lässt den hohen Einsatz von menschlichen und finanziellen Ressourcen nur erahnen, der in der Forschung und Koordination des Programms geleistet wurde. Dafür sei allen Beteiligten sehr herzlich gedankt!
Josef Hess
Konrad Steffen
Vizedirektor Bundesamt für Umwelt BAFU
Direktor Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
Literatur BAFU, 2012 a. Anpassung an den Klimawandel in der Schweiz. Ziele, Herausforderungen und Handlungsfelder. Erster Teil der Strategie des Bundesrates vom 2. März 2012. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. 66 S. BAFU, 2012 b. Strategie Biodiversität Schweiz. Ausarbeitung einer Strategie zur Erhaltung und Förderung der Biodiversität. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. 89 S. BAFU, 2013. Waldpolitik 2020. Visionen, Ziele und Massnahmen für eine nachhaltige Bewirtschaftung des Waldes. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. 68 S. BAFU, 2014. Anpassung an den Klimawandel in der Schweiz. Aktionsplan 2014–2019. Zweiter Teil der Strategie des Bundesrates vom 9. April 2014. Bundesamt für Umwelt, BAFU, Bern. 100 S.
8
Dank Dieses Buch schöpft aus den Ergebnissen von 42 Projekten, die im Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» bearbeitet wurden. Ein herzlicher Dank geht an die Erstautorinnen und Erstautoren welche die Autorenteams koordinierten. Dabei wurden oft sehr unterschiedliche Projekte zusammengebracht, vielfältigen Resultate verknüpft und in einen grösseren Wissenskontext gestellt. Wir danken auch allen Koautorinnen und Koautoren, die ihr Wissen einbrachten: Das Buch konnte nur dank der Fachkompetenz und den vielfältigen Beiträgen von gesamthaft 69 Autorinnen und Autoren entstehen. Wir danken den Projektleitenden, die ihre Ideen zur Bearbeitung ganz unterschiedlicher Aspekte des Themas «Wald und Klimawandel» einbrachten. In ihren Projekten bildeten sie Teams mit bis zu 45 Mitarbeitenden, die sich engagiert und ideenreich an der Datenerhebung, der Laborarbeit, der Auswertung und der Interpretation der Resultate beteiligten. Wir danken allen Projektmitarbeitenden – den technischen Mitarbeitenden inklusive den Praktikantinnen, Praktikanten und Aushilfen, den Doktorierenden, Postdocs und weiteren wissenschaftlichen Mitarbeitenden – für ihre wertvollen und unverzichtbaren Beiträge. Insgesamt haben während der letzten sieben Jahre 302 Mitarbeitende an 49 Institutionen des öffentlichen oder privaten Sektors – an Universitäten, Fachhochschulen, privaten Ingenieurbüros und Firmen – an Projekten des Forschungsprogramms mitgewirkt. In einem zeitlich begrenzten Forschungsprogramm lassen sich langfristige Prozesse im Wald kaum erfassen. Viele Projekte nutzten daher die bestehenden langen Datenreihen aus unterschiedlichen Monitoring-Netzwerken. Wir danken den Initianten, Geldgebern und Mitarbeitenden des Landesforstinventars, der ertragskundlichen Forschung, der Waldreservatsforschung, der Langfristigen Waldökosystemforschung und des Interkantonalen Walddauerbeobachtungsprogramms. Des Weiteren danken wir MeteoSchweiz für das Bereitstellen ihrer langen Klimamessreihen und der Forschungseinheit «Waldböden und Biogeochemie» der WSL für ihre Bodendaten. Das Forschungsprogramm wurde auf strategischer Ebene durch einen Steuerungsausschuss geleitet, der auch die Entstehung des Buches begleitete: Wir danken Rolf Manser (BAFU), Konrad Steffen (WSL), Ueli Meier (KOK) und Christian Küchli (BAFU) für ihre wohlwollende Unterstützung und konstruktive Kritik. Das Buchkonzept sowie die Buchkapitel wurden wissenschaftlich begutachtet. Wir danken den Gutachterinnen und Gutachern aus dem In- und Ausland, die sich Zeit nahmen, die Kapitel sorgfältig zu lesen, und mit ihren Kommentaren zur Qualität derTexte beitrugen. Besonders erwähnen möchten wir die Mitglieder des «Advisory Boards» – Jürgen Bauhus (Universität Freiburg i. Br.), Klaus Butterbach-Bahl (Karlsruher Institut fürTechnologie KIT), Manfred Josef Lexer (Universität Wien) und Marcus Linder (European Forest Institute), die neben der konzeptionellen Begleitung des Forschungsprogramms auch das Buchkonzept und das Fazit begutachtet haben. Danken möchten wir auch einer Reihe weiterer Expertinnen und Experten aus der Forschung und den Mitgliedern der Praxis-Begleitgruppe, die wertvolle Beiträge zur inhaltlichen Ausrichtung des Forschungsprogramms gaben. Davon profitierte letztlich auch dieses Buch. Dass das Buch nun erschienen ist verdanken wir auch den Mitarbeitenden der Facheinheit Kommunikation der WSL und dem Haupt-Verlag. Wir danken Sandra Gurzeler für die Ko9
Dank
ordination und das Layout, Martin Moritzi und Lisa Bose für das Lektorat, Jacqueline Annen und Susanne Senn für die Mithilfe im Layout und im Entstehungsprozess. Dem Haupt-Verlag danken wir sehr für die gute Zusammenarbeit und das sorgfältige Korrektorat. Das Kernteam des Forschungsprogramms «Wald und Klimawandel» an der WSL hat die Entstehung des Buches in vielfältiger Weise unterstützt. Unser Dank gilt Barbara Allgaier Leuch, den Programmkoordinatorinnen Julia Born, Kathrin Kramer und Kathrin Streit sowie Norbert Kräuchi, der das Forschungsprogramm zu Beginn leitete. Das vorliegende Buch und die Projekte, über deren Resultate es berichtet, sind umfangreich geworden und so bitten wir um Nachsicht, wenn wir an dieser Stelle oder in der Projekttabelle im Anhang (siehe Kapitel 7) jemanden vergessen haben sollten. Unser herzlicher Dank gilt auch ihnen. Das Forschungsprogramm und somit dieses Buch wären nicht möglich gewesen, wäre die Forschung zu «Wald und Klimawandel» nicht so grosszügig vom Bundesamt für Umwelt BAFU und durch Eigenleistungen der Eidg. Forschungsanstalt WSL finanziert worden. Wir danken ihnen sowie allen weiteren Geldgebern, welche die Forschenden bei ihren Arbeiten unterstützten.
Andrea R. Pluess Sabine Augustin Peter Brang
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Fichten in Tujetsch, GR. Foto: A. Zingg. >
1 Forschungsinitiative
Eine Schweizer Forschungsinitiative zum Wald im Klimawandel Peter Brang1, Sabine Augustin2, Julia Born1 und Andrea R. Pluess1 1 2
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, Birmensdorf Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern
Korrespondenz: peter.brang@wsl.ch Erste Auswirkungen des Klimawandels lassen sich im Wald beobachten und machen ihn bei den Waldfachleuten zunehmend zum Thema. Es wird immer deutlicher, dass besonders bei waldbaulichen Entscheiden mit langfristigen Folgen der Klimawandel berücksichtigt werden muss. Daher haben das Bundesamt für Umwelt BAFU und die Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL im Jahr 2009 das umfassende Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» lanciert. Ziel war, Grundlagenwissen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Wald und Waldleistungen zu erarbeiten. Auch sollten Anpassungsstrategien und Entscheidungshilfen für die Praxis entwickelt werden. Entsprechend den vielen offenen Fragen war das Forschungsprogramm thematisch und disziplinär breit angelegt. Es wirkte unter den Forschenden als Katalysator, der personelle Kapazitäten für die Thematik mobilisierte, und half, Kompetenzen aufzubauen. Dieses Buch ist eine wissenschaftliche Synthese von Ergebnissen des Forschungsprogrammes und weiterer Forschung. Der Kenntnisstand zum Schweizer Wald im Klimawandel wird umfassend dargestellt. Das Buch richtet sich insbesondere an Waldfachleute, die Autorinnen und Autoren möchten aber auch das Interesse weiterer Kreise für den Wald im Klimawandel wecken. Es liefert damit wichtige Grundlagen für den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Praxis und insbesondere für Adaptationsstrategien.
< Einmessen vonzum Bäumen mit dem Wyssen-Kompass. Foto: S. Speich. ((Bildlegende Unterkapitelbild links.))
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1
Einleitung
Wie das Thema Klimawandel ins Bewusstsein rückte Die bisherige Erwärmung in der Schweiz seit Beginn der Industrialisierung beträgt bereits etwa 1,8 °C (BEGERT et al. 2005), und die mit dem Klimaabkommen von Paris von 2015 angestrebte Begrenzung der weltweiten Erwärmung auf 1,5 bis 2 °C würde der Schweiz eine weitere Erwärmung von 1 bis 2 °C bringen. Bei diesem Ausmass der Erwärmung ist im Wald mit deutlichen Auswirkungen zu rechnen. Dass sich das Klima überhaupt verändert, ist unter Klimatologen, Glaziologen und Historikern schon lange bekannt, wird von der Allgemeinheit aber erst seit kurzer Zeit wahrgenommen. Eine wichtige Rolle spielte dabei das «Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)», das im Jahr 1990 seinen ersten Sachstandsbericht zur Entwicklung des weltweiten Klimas veröffentlichte (HOUGHTON et al. 1990). Zu Beginn der 1990erJahre wurde der Klimawandel auch im damaligen Schweizer Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) als Umweltproblem erkannt. Im Jahr 1994 erschien ein erster Grundlagenbericht mit dem Titel «Die globale Erwärmung und die Schweiz» (BUWAL 1994), und innerhalb des Nationalen Forschungsprogramms NFP 31 über «Klimaänderungen und Naturkatastrophen» wurde das ökologische Risiko für Schweizer Wälder bei einer Erwärmung analysiert (KIENAST 1998). Auch ausserhalb der Schweiz griff die Waldforschung den Klimawandel auf (z. B. PUHE und ULRICH 2001). Die erste grössere Wissenstransfer-Veranstaltung zum Wald im Klimawandel in der Schweiz organisierte die Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL im Jahr 2000 in Lausanne. Für die forstliche Praxis war zu dieser Zeit anderes aktuell, insbesondere die Bewältigung der Winterorkane Vivian (1990) und Lothar (1999). Der Hitzesommer 2003 gab dann in einigen Kantonen den Anstoss dazu, sich vermehrt mit dem Klimawandel auseinanderzusetzen. Im Jahr 2006 veröffentlichte das Waldamt beider Basel ein Arbeitspa14
pier zum Umgang mit dem Klimawandel (STOCKER et al. 2006), 2007 zog das Forstamt des Kantons Thurgau mit einem Strategiepapier nach (Forstamt Thurgau und SCHMIDER 2007). Seither sind weitere Kantone mit ähnlichen Empfehlungen gefolgt. Es dauerte, bis der Klimawandel unter Waldfachleuten verbreitetes Interesse fand. Noch im Jahr 2008 besuchten nur gerade elf Teilnehmer einen Kurs zu «Wald und Klimaänderung» in Leuk (VS), der im Rahmen der «Fortbildung Wald und Landschaft» stattfand. Seither ist der Klimawandel aber «in den Köpfen» angekommen, auch weil sich viele Beobachtungen im Wald ohne Einfluss des Klimawandels nicht erklären lassen. Besondere Sorgen bereitet eine mögliche Gefährdung von Waldleistungen. Im Alltag der Waldfachleute ist der Klimawandel zwar oft noch nicht präsent. Doch dies ändert sich, wie die folgende sinngemässe Aussage eines erfahrenen Waldfachmanns illustriert: «Wir dürfen doch heute bei waldbaulichen Entscheiden den Klimawandel nicht mehr unberücksichtigt lassen!» Beim Umgang mit dem Klimawandel stand anfänglich die Funktion des Waldes als Kohlenstoffsenke im Vordergrund (Mitigation), auch weil die Schweiz sich nach dem Kyoto-Protokoll die Kohlenstoff-Senkenleistung anrechnen lässt (TAVERNA et al. 2007). In den letzten Jahren gewann zusätzlich die Frage der Anpassung des Waldes an den Klimawandel (Adaptation) an Bedeutung.
Start des Forschungsprogramms im Jahr 2009 Im Jahr 2009 lancierten das Bundesamt für Umwelt (BAFU) und die WSL das nationale Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» (Box 1.1). Ziel war, Grundlagenwissen zu schaffen und bereitzustellen, «um es den Akteuren im Wald zu ermöglichen, die mit dem Klimawandel verbundenen Risiken und die Anpassungsfähigkeit der Wälder besser einzuschätzen und entsprechende Anpassungsmassnahmen zu treffen» (MANSER et al. 2015).
Forschungsinitiative
Box 1.1. Funktionsweise des Forschungsprogramms «Wald und Klimawandel» Die Organe des Forschungsprogramms sind der Steuerungsausschuss, der auf strategischer Ebene tätig ist, die Programmleitung, die das operative Geschäft leitet, eine kleine Gruppe von beratenden Wissenschaftlern und die rund 15-köpfige Praxis-Begleitgruppe, in der Wald-Stakeholder vertreten sind. Die Projekte wurden teils in Aufrufen zur Projekteingabe («Calls») zu bestimmten Fragestellungen offen ausgeschrieben, international begutachtet und darauf vergeben, teils wurden – vor allem für Umsetzungsprojekte – qualifizierte Projektleitende direkt angefragt. Das BAFU stellte insgesamt rund 10 Millionen CHF Mittel zur Verfügung, die Forschungsinstitutionen ergänzten diese mit Eigenleistungen in ähnlicher Höhe. Die WSL schloss mit den Projektleitenden Verträge zu ihrem Projekt ab. Die Programmleitung begleitete und kontrollierte den Projektfortschritt mit Meilensteinen. Insgesamt bewährten sich die Organisationsstruktur und das Vorgehen; insbesondere stellten die Vertretung von Forschung und Praxis im Steuerungsausschuss und die Projektbegleitung durch die Programmleitung sicher, dass die Forschung
gleichzeitig wissenschaftlich solide durchgeführt wurde und auf verwertbare praxisrelevante Ergebnisse hinsteuerte. Wo die Programmleitung zusätzliche fachliche Kompetenz benötigte, wurden Gutachten von externen Fachleuten eingeholt oder «runde Tische» mit Forschenden und externen Experten organisiert. Zu den Schwierigkeiten gehörte, dass zu Beginn teilweise unklar war, was an Ergebnissen möglich ist, weshalb die Calls relativ offen skizziert wurden und die Resultate divers waren. Diese später zu synthetisieren, erwies sich als Herausforderung. Für einige Forschende war die enge Projektbegleitung mit Meilensteinen im Vergleich zur üblichen, relativ freien Forschung ungewohnt, denn die Programmleitung war bedacht, nicht nur interessante Forschungsresultate zu erhalten, sondern auch für die Praxis verwertbare. Herauszustreichen ist die Rolle der Praxis-Begleitgruppe. Diese wurde rund zwei Jahre nach Programmstart eingesetzt und leistete bei der inhaltlichen Prioritätensetzung und der Festlegung der Umsetzungsprodukte wertvolle Unterstützung.
Im Forschungsprogramm wurden Fragen der voraussichtlichen Auswirkungen des Klimawandels auf die Schweizer Wälder bearbeitet. Hierzu musste zunächst auf der Grundlage von Klimaszenarien die Klimaentwicklung in feiner räumlicher Auflösung abgeschätzt werden. Darauf aufbauend konnten Auswirkungen auf die Waldstandorte flächig und für viele einzelne Standorte modelliert werden, wobei der Fokus auf der Einschätzung des Wasserhaushalts lag. Eine weitere Frage war die Auswirkung eines geänderten Klimas auf Verjüngung, Wachstum und Mortalität von Bäumen und Waldbeständen. Auch die Physiologie und die genetischen Ressourcen von Waldbäumen im Klimawandel wurden untersucht, wie auch die Auswirkungen des Klimawandels auf Störungsereignisse durch Borkenkäfer und Waldbrand. Ein weiterer Fragenkomplex war die Entwicklung der Waldleistungen unter verändertem Klima. Hierzu zählen Fragen nach der zukünftigen Holzproduktion, zum Schutz vor Naturgefahren, der Waldbiodiversität, dem Grundwasserschutz und der Kohlenstoff-Senkenleistung. Schliesslich zielte
das Forschungsprogramm darauf ab, Adaptationsstrategien zu entwickeln, mit denen sich klimabedingte Risiken für Waldleistungen vermindern lassen. Diese Strategien sollten räumlich und zeitlich differenziert sein und als wichtiges Element standortbezogene Baumarten-Empfehlungen beinhalten. An Entscheidungshilfen, in denen solche Empfehlungen konkretisiert werden, wird derzeit gearbeitet. Die drei Aufrufe zur Projekteingabe in den Jahren 2009, 2010 und 2012 fanden ein grosses Echo. Die Waldforschung war darauf vorbereitet, denn sie hatte den Klimawandel bereits vorher aufgegriffen und sich auch an mehreren grossen europaweiten Forschungsprojekten und länderübergreifenden Initiativen beteiligt (Übersicht in BRANG et al. 2011). Die umfassende nationale Forschungsinitiative, die das BAFU lancierte, findet in Mitteleuropa nur teilweise Parallelen. Ein kleineres, auf konkrete Anwendungen abzielendes Programm bringt in Frankreich Forschung und Anwendung zusammen («Réseau pour l‘Adaptation des Forêts au Chan15
1
Einleitung
gement Climatique»). In Deutschland führen die forstlichen Forschungsanstalten und Universitäten Verbundprojekte zum Wald im Klimawandel durch. Seit 2013 fördert auch der deutsche Waldklimafonds Forschungs- und Umsetzungsprojekte in diesem Bereich. Ein Forschungsprogramm muss mehr leisten als einzelne Projekte. Der Anspruch des Programms «Wald und Klimawandel», seine Themen breit abzustecken und die Arbeiten aufeinander abzustimmen, erforderte eine umfangreiche Koordination. Die beteiligten Disziplinen sind vielfältig und umfassen Klimatologie, Biogeochemie, Standortkunde, Pflanzenphysiologie, Genetik, Walddynamik inklusive Störungsökologie, Waldbau, Naturschutzbiologie und Sozialwissenschaften sowie Forstökonomie. Die disziplinäre Vielfalt spiegelte sich in den 42 Projekten (Liste s. Anhang), in den vielfältigen Kompetenzen der Forschenden und in den insgesamt elf beteiligten Instituten und Firmen wider.
Verwendung einheitlicher Klimaszenarien Um die Ergebnisse verschiedener Projekte möglichst vergleichbar zu machen, wurden für Aussagen über die Zukunft die zu verwendenden Klimaszenarien und die zu betrachtenden Zeitperioden festgelegt. Als das Programm startete, standen Modellierungen des globalen Klimas aufgrund der Emissionsszenarien im 4. Bericht des IPCC zur Verfügung (IPCC 2007). Im Forschungsprogramm wurde entschieden, von nur einem Klimaszenario – A1B, mit einer mittleren Erwärmung für die Schweiz bis 2100 von rund 3,5 °C – auszugehen, dafür aber drei regionale Klimamodelle mit unterschiedlicher Klimaentwicklung zu wählen. Die Wahl fiel auf zwei Modelle, die im Ergebnis ausgeprägte Trockenheit (CLM, Quelle: Max Planck Institut) beziehungsweise geringe Trockenheit (RegCM3, Quelle: International Centre for Theoretical Physics) anzeigen sowie auf ein mittleres Modell (RCA, Quelle: Swedish Meteorological and Hydrological Institute; RE16
MUND et
al. 2014). Die Gründe für die Kombination des A1B-Szenarios mit drei Klimamodellen waren: 1) Die langfristige Klimaentwicklung ist relativ unsicher. Da Bewirtschaftungsentscheide im Wald für unterschiedliche Ausprägungen des zukünftigen Klimas («mögliche Klimazukünfte») tauglich sein müssen, ist es wichtig, die Bandbreite der möglichen Entwicklungen abzudecken. Dies lässt sich mit der Wahl unterschiedlicher Modelle und deren Anwendung auf ein (mittleres) Klimaszenario in ähnlichem Mass erreichen wie mit mehreren Klimaszenarien und mehreren Modellen. 2) Daten von neueren regionalen Klimamodellen lagen vorwiegend für das A1B-Szenario vor, und dieses Szenario wurde auch in anderen schweizerischen Studien verwendet (CH2011 2011). 3) Für viele Projekte wäre das Arbeiten mit mehr als drei möglichen Klimazukünften zu aufwendig gewesen. In einzelnen Projekten war es sogar nicht möglich, Klimadaten aus allen drei Modellen zu verwenden. Der Aussage-Zeitraum bis 2100 wurde in Übereinstimmung mit der Initiative zur Bereitstellung von Klimaszenarien für die Schweiz gewählt (CH2011 2011). Er ist auch für Entscheide im Wald zweckmässig, da die Zeitdauer von rund 90 Jahren bis 2100 ähnlich lang ist wie eine Umtriebszeit in tieferen Lagen.
Ein Forschungsprogramm als Katalysator Was kann ein Forschungsprogramm leisten, was darf man von ihm nicht erwarten? Das Forschungsprogramm «Wald und Klimawandel» hat viele Fachleute in Verwaltung, Praxis und Forschung angeregt, sich mit der Thematik vertieft auseinanderzusetzen. Die Existenz des Programms und insbesondere seine Veranstaltungen führten dazu, dass die Waldfachleute den Klimawandel zunehmend wahrnehmen und sich damit beschäftigen. Das Forschungsprogramm hatte diesbezüglich Katalysatorfunktion. In der Wissenschaft wurden einerseits vorhandene Kapazitäten mobilisiert (als Eigenleistungen der Institutionen) und anderer-
Forschungsinitiative
seits neue geschaffen. Damit wurden Fachkompetenzen ausgebaut und auch neue Kooperationen gefördert. Die Forschung hat fundierte und differenzierte Grundlagen bereitgestellt, auf die Waldfachleute zurückgreifen können, wenn es um den Umgang mit dem Klimawandel geht. Nicht erwarten kann man von einem Forschungsprogramm, dass es alle gestellten Fragen abschliessend beantwortet. Der Ausgang von Forschungsarbeiten ist in der Regel ungewiss; wo er gewiss ist, ist Forschung unnötig. So treten zuweilen unerwartete Schwierigkeiten auf, oder eine gelöste Frage erzeugt neue Fragen. Die Schwierigkeiten haben damit zu tun, dass Wälder «komplexe» Ökosysteme sind, in denen sich Standortfaktoren und Vegetation in vielfältiger Weise und teils gegenseitig, das heisst mit Rückkopplungen, beeinflussen. Diese Wechselwirkungen können sich zudem je nach Waldtyp unterschiedlich auswirken. Für die praktische Entscheidungsfindung gibt die Forschung Antworten darauf, welche Zusammenhänge und welche Einflussfaktoren wichtig und welche Entwicklungen in Betracht zu ziehen sind. Forschung kann aber nicht jeden Einzelfall untersuchen und eine auf ihn massgeschneiderte Antwort liefern.
Zu diesem Buch Die wissenschaftliche Synthese soll insbesondere Waldfachleute ansprechen, aber auch weitere interessierte Kreise. Sie ist eine Grundlage für Umsetzungsprodukte des Forschungsprogramms wie Fachpublikationen, Merkblätter und Kurse im Wald (siehe Box 6.1 in PLUESS et al. 2016). Die meisten Autorinnen und Autoren haben im Forschungsprogramm Projekte geleitet oder als Mitarbeitende mitgewirkt. Sie haben ihre Ergebnisse in kompakter Form präsentiert und diese dabei in den Kontext des Kenntnisstandes der Wissenschaft gestellt. Viele Beiträge haben daher den Charakter von Übersichtsbeiträgen. Die Arbeit an ihnen erforderte das Beantworten von Fragen
wie «was bedeutet dieses Resultat nun wirklich?», «wieweit ist dieses Ergebnis allgemeingültig?» und «inwiefern hat das Ergebnis praktische Relevanz?». Zur Qualitätssicherung durchliefen die Beiträge ein wissenschaftliches Begutachtungsverfahren. Dieses Buch ist eine Grundlage, um Sichtweisen aus anderen Disziplinen zu verstehen, eine Grundlage für weitere Forschung, und – ganz wichtig – eine solide Basis für den Schritt vom Wissen zum Handeln im Wald.
Danksagung Wir danken den Gutachtern C. Küchli, R. Manser, U. Meier und K. Steffen für wertvolle Kommentare zu diesem Buchkapitel.
Literatur BEGERT, M.; SCHLEGEL, T.; KIRCHHOFER, W., 2005. Homogeneous temperature and precipitation series of Switzerland from 1864 to 2000. Int. J. Climatol. 25, 65–80. BRANG, P.; BORN, J.; AUGUSTIN, S.; KÜCHLI, C.; PAULI, B.; THÜRIG, E.; WERMELINGER, B.; WOHLGEMUTH, T.; ZIMMERMANN, N.E., 2011. Forschungsprogramm Wald und Klimawandel. Synthese der ersten Programmphase 2009–2011. Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdorf; Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. 51 S. BUWAL, 1994. Die globale Erwärmung und die Schweiz: Grundlagen einer nationalen Strategie. Bundesamt für Umwelt BAFU, Bern. 117 S. CH2011, 2011. Swiss Climate Change Scenarios CH2011. Zurich, C2SM, MeteoSwiss, NCCR Climate, OcCC. 87 pp. Forstamt Thurgau; SCHMIDER, P., 2007. Waldbau und Klimaveränderung, Strategiepapier. Empfehlungen des Forstdienstes Kanton Thurgau. Frauenfeld, Forstamt Thurgau. 12 S. HOUGHTON, J.T.; JENKINS, G.J.; EPHRAUMS, J.J. (eds), 1990. Climate Change: The IPCC Scientific Assessment. Report prepared for Intergovernmental Panel on Climate Change by Working Group I. Cambridge University Press, Cambridge, Great Britain, New York, NY, USA and Melbourne, Australia. 410 pp. IPCC, 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment. Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. In: SOLOMON, S.; QIN, D.; MANNING, M.; CHEN, Z.; MARQUIS, M.; AVERYT, K.B.; TIGNOR, M.; MILLER, H.L. (eds), Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 996 pp.
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Weggabelung in einem Eichen Mittelwald in Birmensdorf, ZH. Foto: P. Longatti. >