Extreme Ereignisse vernichten ganze Wälder und zerstören komplexe Ökosysteme sowie lokale Gemeinschaften dramatisch. Solche aufsehenerregenden Ereignisse sind den Forschern im Laufe der Jahre durchaus vertraut geworden. Sie wissen jedoch weniger über die häufiger auftretenden mittelschweren Störungen wie relativ kleine Brände, Eisstürme und den Ausbruch von Schädlingen oder Krankheitserregern.
„Da sie häufiger vorkommen, spielen sie wahrscheinlich eine größere Rolle im Ökosystem, als wir vielleicht vorher angenommen hätten“, sagte Brady Hardiman, außerordentlicher Professor für Forstwirtschaft und natürliche Ressourcen sowie Umwelt- und Ökotechnik am College of Agriculture der Purdue University.
„Zu jeder Zeit ist ein großer Teil der Waldlandschaft von einer mittelschweren Störung betroffen oder wächst nach, die einige, aber nicht alle Bäume zerstört hat. Der Wald wächst nicht von Grund auf neu.“
Ein Artikel veröffentlicht in der Zeitschrift für Ökologie Forscher der Purdue University und ihre Co-Autoren haben herausgefunden, wie mittelschwere Störungen unterschiedliche Muster der Veränderung in der Baumkronenstruktur des Waldes hinterlassen. Hardiman und seine Kollegen stützten ihre Ergebnisse auf Lidar-Daten (Light Detection and Ranging), die an fünf Standorten des National Ecological Observatory Network der National Science Foundation in New Hampshire, Massachusetts, Virginia und Tennessee gesammelt wurden.
„Das interessanteste Ergebnis dieser Studie ist, dass die multitemporalen Lidar-Daten subtile Signale der Störungen erkennen können“, sagte der Hauptautor der Arbeit, Dennis Heejoon Choi, ein Postdoktorand an der Purdue University.
NEON begann vor etwa zehn Jahren mit der Datenerfassung. Wiederholte Beobachtungen an bestimmten Waldstandorten der Art, die NEON sammelt, sind immer noch relativ selten, insbesondere auf kontinentaler Ebene.
„NEON ist eine große Probenahmeinitiative“, sagte Co-Autorin Elizabeth LaRue, Assistenzprofessorin für Biowissenschaften an der University of Texas in El Paso. „Es ist eine große Sache, dass wir jetzt Daten haben, um so etwas im Laufe der Zeit zu tun.“
Zu den strukturellen Dimensionen des Walddachs gehören Höhe, Offenheit, Dichte und Komplexität. Frühere Untersuchungen von Hardiman und anderen haben dokumentiert, dass strukturell komplexe Baumkronen mehr Licht absorbieren und dass ihre Komplexität mit wesentlichen Ökosystemfunktionen zusammenhängt. Dazu gehören der Nährstoffkreislauf, die Bereitstellung von Schutz und Nährstoffen für Organismen sowie die Artenvielfalt.
Der Vergleich eines Urwaldes mit einer Weihnachtsbaumfarm bietet einen einfachen Kontrast in der Komplexität, bemerkte LaRue, ein Purdue-Doktorand. Absolventin. Bäume auf einem Bauernhof, die etwa zur gleichen Zeit in Reihen gepflanzt werden, sind alle ungefähr gleich alt und gleich groß. Ein Altwald hingegen weist weitaus mehr Variationen mit Bäumen unterschiedlicher Größe, unterschiedlichen Alters, verschiedener Arten und Formen auf.
„Man kann Dinge messen, die einem Block Käse entsprechen könnten“, sagte sie. „Ein Block Schweizer Käse wäre komplexer als beispielsweise ein Block Cheddar. Einige der von uns verwendeten Messgrößen messen im Wesentlichen, wie viele Löcher Ihr Waldblock hat.“
Die Forscher analysierten die Unterschiede zwischen Druck- und Pulsstörungen, einzelnen Ereignissen im Vergleich zu solchen, die über einen längeren Zeitraum auftreten. Die Co-Autoren suchten nach Mustern in Veränderungen der Baumkronenstruktur nach Störungen. Sie fanden heraus, dass Wälder mit komplexeren Baumkronenstrukturen offenbar besser in der Lage waren, den Störungen standzuhalten und sich von ihnen zu erholen.
„Die Baumkronenstruktur ist etwas, das wir durch Managementaktivitäten verändern können“, sagte Hardiman. „Die Bewirtschaftung von Wäldern zur Förderung struktureller Komplexität könnte sie widerstandsfähiger gegen eine Vielzahl von Störungen machen, sodass unsere Wälder nach diesen Störungen weiter wachsen können.“
Die Verarbeitung der NEON-Daten war ein rechenintensiver Prozess, der die Ressourcen des Rosen Center for Advanced Computing in Purdue erforderte. Der Prozess umfasste die Berücksichtigung der Änderungen in der Lidar-Technologie und der unterschiedlichen Sensorkonfigurationen, die im Laufe der Jahre verwendet wurden. Neuere Lidar-Systeme mit stärkeren Strahlen erzeugen dichtere Punktwolken – die 3D-Datensätze, die die Form der Waldkronen darstellen.
„Wir haben versucht, die Punktdichte Jahr für Jahr gleichmäßig zu homogenisieren, um vergleichende Messwerte zu erstellen“, sagte Choi. Die Herausforderung bestehe darin, die verbesserten Messfähigkeiten neuerer Sensoren mit dem Bedarf an Konsistenz und Vergleichbarkeit über die Zeit in Einklang zu bringen, betonte er.
Mehr Informationen:
Dennis Heejoon Choi et al., Kurzfristige Auswirkungen mittelschwerer Störungen auf die Baumkronenstruktur des Waldes, Zeitschrift für Ökologie (2023). DOI: 10.1111/1365-2745.14145