Dendroökologie - oder was uns Jahrringe erzählen können ... · Dendrologie ist Lehre vom...

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Dendroökologie Dr. Burkhard Neuwirth [email protected] Arbeitstagung des Waldbauernverbandes NRW, Much 16.03.2011 oder: Was uns Jahrringe erzählen können Lärchenscheibe - 10-fach verkleinert (Foto Neuwirth 1999)

Transcript of Dendroökologie - oder was uns Jahrringe erzählen können ... · Dendrologie ist Lehre vom...

Dendroökologie

Dr. Burkhard [email protected]

Arbeitstagung des Waldbauernverbandes NRW, Much – 16.03.2011

oder:

Was uns Jahrringe erzählen können

Lärchenscheibe - 10-fach verkleinert (Foto Neuwirth 1999)

Gliederung

Begriffliche Einführung

Dendroökologische Arbeitsweisen

Klima-Wachstums-Beziehungen in Mitteleuropa

Aktuelle Forschungsrichtungen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Einführung

Begriffliches

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Einführung

dendros - Baum; chronos - Zeit; log os - Lehre

Dendrochronologie

DendroökoologieJahrgenaue Rekonstruktion vergangener Umweltzustände

DendroarchäologieDatierung von Objekten mit Jahrringen (z.B. Häuser)

Dendroökologie ist Lehre, in zumindest jahrgenauer A uflösung vergangene Umweltzustände aus Jahrringen abzuleiten.

Dendrologie ist Lehre vom Wachstum der Bäume.

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Grundlagen

Dendroökologie ist die Kunst,die Sprache der Jahrringe zu

verstehen und zu interpretrieren.

-0,5

0

0,5

1750 1800 1850 1900 1950 2000

Baum: Integral der Umweltbedingungen

Erfassung diverser Jahrring-Parameter

Breite – Dichte – Isotope

Separation der Signale

jahrgenaue Rekonstruktionen historischer Umweltzustände durch Transferfunktionen

Wachstums-faktoren

Klima

menschl. Aktivitäten

Flora & Fauna

Geologie, Pedologie

Grundidee

Eiche: 40-fach vergrößert (Foto: Schoch 2001)

Lärchenscheibe - 10-fach verkleinert (Foto Neuwirth 1999)

FHJahrring

Jahre vor Beprobung2 1 0

JahrringgrenzenXylem Phloem

Kambium

Zeitpunkt der Beprobung

SH

Wie wächst ein Jahrring?

Lärche: 40-fach vergrößert (Foto: Schoch 2001)

Prinzip dessekundären Dickenwachstums

Lärche: 40-fach vergrößert (Foto: Schoch 2001)

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Grundlagen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Grundlagen

Digitalisierung der Jahrringbreiten am GIUB d. D. F riedrichs (Foto: Neuwirth 2005)

© Bräuning, 2002

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 481

10

100

1000

Jahr

1

1/100 mm

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Grundlagen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Natur-Wald -Zellen NRW

Kartengrundlage:

Schulte 2005 (Atlas der

Naturwaldzellen NRW)

beprobt

fertig N

FASY

QUPE

QUROPISY PCAB PSME (25)

(35)

(9)

(2) (3) (2)

n=76n=14 Forste

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

0

2

4

6

8

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Jahr

ring

brei

te [

mm

]

Standort drb18: Venusberg Abt. 41Cn=14 Scheiben (als Mittel aus je 4 Radien)mittlerer Zuwachs = 2,2 mm/amittlere Zuwachssteigerung = 0,003 mm/a

Wachstum

0

2

4

6

8

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Jahr

ringb

reite

[m

m]

Standort drb18: Venusberg Abt. 41Cn=14 Scheiben (als Mittel aus je 4 Radien)

0

2

4

6

8

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Jahr

ringb

reite

[m

m]

Standort drb18: Venusberg Abt. 41Cn=14 Scheiben (als Mittel aus je 4 Radien)

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Wachstum

Neuwirth 2011 (in press)

Venusberg im regionalen Vergleichrot = drb18; Zuwachssteigerung = 0,003 mm/ablau = drb19; Zuwachssteigerung = 0,002 mm/agrün = Regionalchronologie QURO: Zuwachs =-0,01/aGeraden = Lineare Regression (~ Trend)

1931 1982

Dendroökologie

Fischer u. Neuwirth (in prep.), Trees

BucheTraubeneicheStieleiche

Überdurchschnittliche TrendsDurchschnittliche Trends

Unterdurchschnittliche Trends

Von unterdurch-schnittlichem zu über-durchschnittlichem Trend

Positiverer Trend

Negativerer Trend

0 20 25 3015105

20

25

30

15

10

5

Ränge N

Rän

ge T

rend y=0,6279x+4,8369

R2=0,3941

Zusammenhang N und Trend für Buche

Nationalatlas derBundesrepublik Deutschland

Standorte mit umschlagendem Trend

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Das Trockenjahr 2003 in der Eifel (Neuwirth et al. 2006)

0

250

500

750

1000

1924 1934 1944 1954 1964 1974 1984 1994 2004

Das Wachstum der Buchen in 1/100mm in der Eifel

(Grundlage: 15 Standorte à 12-15 Bäume = 237 Bäume)

und markante Wachstumseinbrüche

1948 1976 2003?

-3

-2

-1

0

1

2

3

Av Mv Jv Jv Av Sv Ov Nv Dv J F M A M J J A S O

1947 1948

-3

-2

-1

0

1

2

3

Av Mv Jv Jv Av Sv Ov Nv Dv J F M A M J J A S O

1975 1976

-4

-2

0

2

4

AV MV JV JV AV SV OV NV DV J F M A M J J A S O

2002 2003

Erklärung:1976 kommt zur Sommerhitze eine Trockenheit, die bereits im Oktober 1975 beginnt

���� Reaktion im Hitzejahr

Im Hitzejahr 1947 beginnt extreme Trockenheit erst im August, der JR ist bereits gebildet

���� Reaktion erst im Folgejahr

Das Hitzejahr 2003 ist mit 1947 vergleichbar, nach feuchtem Winter wird die Trockenheit erst im August extrem

���� Reaktion erst 2004

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Drei Typen der Reaktion auf Trockenheit:

Neuwirth et al. 2007 (TRACE)

2000 2001 2002 2003 2004

0

-1.5

-1.0

-0.5

0.5

1.5

1.0Beech

2000 2001 2002 2003 2004

Oak

schmale JR nach Trockenheit im Herbst vor der JR-Bi ldungBuche, 1948 & 2004

schmale JR nach Trockenheit zu Beginn der Vegetatio nsperiodeEiche & Buche, 1976

schmale JR nach Trockenheit im Sommer der Jahrringb ildungEiche, (1947 &) 2003

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Das dendroökologischeJahrring-Netzwerk

über 580 Chronologien

mindestens 1880 – 1980ca. 11.500 Bäume mit 1.8 Mio JRen

10°°°°E

15°°°°E

5°°°°E

50°°°°N

40°°°°N

0 100 200 300 km

Stand: Januar 2011

Neuwirth 2011, Passauer Kontaktstudium Erdkunde

FASY18%

PICE5%

PISY8%

PIUN3% QUSP

20%

ABAL15%LADE

3%

PCAB28%

Die Arten-Verteilung

ABALLADE PCABPISYPICEPIUNFASYQUSP

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Bwziehungen

Neuwirth 2010, BGA

1945

Wachstumsmuster Zentraleuropas

< -1,5 Standardabweichungen< -1,0 Standardabweichungen< -0,5 Standardabweichungen-0,5 - 0,5 Standardabweichungen> +0,5 Standardabweichungen> +1,0 Standardabweichungen> +1,5 StandardabweichungenStandorte

1946194719481949195019511952195319541955

200 km

Verteilung dendrochronologischer Standorte Zentraleuropas (2005: n=377)

< -1,5 standard deviation< -1,0 standard deviation< -0,5 standard deviation-0,5 - 0,5 standard deviation> +0,5 standard deviation> +1,0 standard deviation> +1,5 standard deviationsites

1948

200 km

1955

200 km

-3

-1

1

3

S O N D J F M A M J J A

Moderater Witterungsverlauf

-3

-1

1

3

S O N D J F M A M J J A

Kalter Sommer nach warmem Winter

Dendroökologie

Beziehungen zwischen Klima und Wachstums im Mittelgebirgsraum

3 ArtenBuche - weißEiche - schwarzKiefer - grau

Friedrichs et al. (Trees, 2009 )

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Zentraleuropäische Klima/Wachstums-Beziehungen(Neuwirth et al. 2007, Dendrochronologia )

1750m

1250m

750m

250m

Höhe NN

Zu-wachs

Tanne Lärche Buche EicheFichte Arve Kiefer Spirke

pos.

pos.

pos.

pos.

pos.

neg.

neg.

neg.

neg.

neg.

HeV -So -

So ++

So � -

Mai �+

Veg �-

Jahr �+

Wi -

So (+)Wi �+

Veg � -Fr -

Wi +

Veg +Veg � -

So (-)Veg �+

Fr -So � -

Aug +

Veg � -

So (+)

Fr +

Fr --So +

So +Wi �(+)

HeV -Veg (+)

HeV (+)So +

So � - So � -Fr NAO-

Wi -

So +

Wi +

Veg (+)

Mai �-

Wi --So +

Wi +So �+

Wi --So +

Wi +So (-)

Wi -So (-)

Wi (+)Mai �+

So �++

Veg +Veg �-

Fr �+So (-)

So NAO-

Mai �+

HeV +

douglas-fir scots pine spruce beech oak

pM pJ pJ pA pS pO pN pD J F M A M J J A S O I II III IV

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

douglas-fir scots pine spruce beech oak

pM pJ pJ pA pS pO pN pD J F M A M J J A S O I II III IV

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

Nicht-heimische Arten - Douglasie

Fischer u. Neuwirth (eingereicht bei: Forest Ecolog y and Management)

Temperatur

Niederschlag

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Büntgen et al. (Journal of Climate, 2006 )

Klimakorrelationen in Europa – Beispiel Alpen:

JRB vs. Temperatur u. Niederschlag

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

IPCC, 2001 (Summary for Policymakers, S.3)

Hockeyschlägerkurve

Multiproxy-Kurve Mischdatennur Dendro-Daten

Klimarekonstruktionen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klimarekonstruktionen

IPCC, 2007

Temperaturverlauf der letzten 1000 Jahre

„Spaghetti-Kurve“

Figur 6.10, AR4

S. 467

Esper et al. (2002) belegten die Tauglichkeit der Jahrringeals Archive langzeitlicher

(säkularer) Klimaschwankungen

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Friedrichs et al. 2009, Trees

Klimasignale

3 ArtenBuche - weißEiche - schwarzKiefer - grau

Palmer Drought Severity Index

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Zeitliche Instabilität der Klimasignale

Friedrichs et al. 2009, Tree Physiology

PDSI

VP

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Fotos: Neuwirth 2009

Dendrohydrologische Messungen am Baum

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

500

550

600

650

00:00 12:00 00:00 12:00 00:00

[µm]tägliche Parameter

dA

tägl. Amplitude := dAi = Maxi - Mini

Von-Tag-zu-Tag Zuwachs := dRi = Maxi – Maxi-1

summierte Tageszuwächse := dRcum = ΣdRi ; i=1,…,t

dR

500

550

600

650

00:00 12:00 00:00 12:00 00:000

1

2

3[l/h]

6

4

2

0

tägl. Saftfluss := dSF = ΣSFi ; i=1,…,48

dSF

tägl. maximaler Saftfluss := dSFmax = max(SFi) ; i=1,…,24

dSFmax

Schrumpfungs-phase

Schwellungs-phase

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Radialzuwachs & Bodenfeuchte 2009

0

500

1000

1500

2000

2500

1. Mai. 1. Jun. 1. Jul. 1. Aug. 1. Sep. 1. Okt. 1. Nov.10

20

30

40

50

60

rSM:cdR=-0.67

rSM:cdR=-0.68Slope

Valley

cdR SM5

1600

1900

2200

1. Aug. 8. Aug. 15. Aug. 22. Aug. 29. Aug.

15

30

45

[µm

]

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Radialzuwachs & Bodenfeuchte

y=-3,99x² + 227,96x - 1186,9

R² = 0,5367

0

600

1200

1800

2400

20 30 40 50 60

cdR

[µm

]

SM5 [%]

Neuwirth et al. (in Vorb. für Tree Physiology)

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Ausblick

neues DFG-Projekt

0

600

1200

1800

2400

20 30 40 50 60

cdR

[µm

]

SM5 [%]

2 verschiedene „Systeme“ oder „Gleichgewichtszustände“ der Klima/Wachstums-Beziehungen?

Analyse der stabilen O-Isotope sollen Aufschluss über Herkunft des Wassers liefern!

Lösung für Systemwechsel?

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

und Ihnen für ihre Aufmerksamkeit

Jetzt auch noch Klimatologen...Autsch! Hilfe, die spinnen, die...

Danke

für die Möglichkeiten

der Probennahme

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Grundlagen

Wie gelangen wirzu „langen Reihen“?

Rezente Bäume

HistorischeGebäude

verändert nach: Schweingruber 1988

1750 1800 1850 1950 1980

Jahr

ringb

reite

[mm

]

Gletscher-Moränen

Moore, Schotterterrassen

88

Chronologie

Messung

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Rekonstruktionen

Beispiel aus der Baugeschichte

Quelle: Friedrichs & Neuwirth 2005, Fotos Neuwirth 2003

Das „Haus Lütz“ in Wi.-Dattenfeld

Lokalchronologie AD 1491-2002

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

1490 1520 1550 1580 1610 1640 1670 1700 1730 1760 1790 1820 1850 1880 1910 1940 1970 2000

Jahr

ringb

reite

n

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Belegunsdichte

16771825

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Rekonstruktionen

Datierung einer Hangrutschung

Neuwirth & Holland 2007

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Rekonstruktionen

Frequenzanalysen

deutliche Verdichtung vergangener Ereignisse möglic h

Holland, Glade & Neuwirth (in Vorbereitung)

Weltweit erste 1.000-jährige

jährlich aufgelöste Niederschlags-rekonstrukion

Treydte et al. 2006, Nature

Klimarekonstruktionen a) für den Niederschlag

R²=0,70 für 1947-1998

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klimarekonstruktionen

1.000-jährige Temperaturrekonstruktion

Büntgen et al., 2008, Jahrbuch der Baumpflege

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Klima-Wachstums-Beziehungen

Insektenkalamitäten bei hochalpinen Lärchen

Esper et al. 2007, Proc. of Roy. Soc. B

Esper et al. 2007, Proc. of Roy. Soc. BWeidner et al. 2010, Trees

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Dendrometer (DM)

1. Apr. 1. Mai. 31. Mai. 30. Jun. 30. Jul. 29. Aug. 28. S ep. 28. Okt.

4

3

2

1

0

[mm

]

1. Apr. 1. Mai. 31. Mai. 30. Jun. 30. Jul. 29. Aug. 28. S ep. 28. Okt.

12

9

6

3

0

[l/1/

2h]

Sap-Flow (SF)

DM1: 3,5DM2: 1,7DM3: 3,2DM4: 2,2

Mean: 2,7

r²=0,997

SF1: 41SF2: 43SF3: 47SF4: 46

Mean: 44,2~9.000 l/y

r²=0,829

[l/d]

[mm/y]

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Cumulative Daily Range vs. Soil Moisture

0

600

1200

1800

2400

20 30 40 50 60

y=-50,429x + 3420,5

R² = 0,4636

y=-3,99x² + 227,96x - 1186,9

R² = 0,5367

Quadratic function fits better – but also for physio logical explanation?

cdR

[µm

]

SM5 [%]

0

600

1200

1800

2400

20 30 40 50 60

cdR

[µm

]

SM5 [%]

Neuwirth et al. (in Vorb. für Tree Physiology)

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Neue Ansätze

Zusammenfassung und Fazit:

Wir finden Korrelationen, hoch zu PDSI, hoch genug für Rekonstruktionen

In zeitlicher Dynamik instabil

Räumlich variabel, aber auf Clusterebene definierba r

3 Lösungsansätze:

Modifizierende Größen für Klima/Wachstums Beziehungen finden ���� Bodenwasserhaushalt

Die Input-Größe finden, die alles steuert ���� GroßWetterLagen GWL

Störgrößen finden, die das Klimasignal überlagern���� Forstliche Aktivitäten

Dendroökologie

Arbeitstagung Waldbauernverband NRW, Much 2011: B. Neuwirth Zusammenfassung

Jahrringe als Indikator für Klima- und Umweltverände rungen in Mitteleuropa

Kontaktstudium Erdkunde, Passau 2010: B. Neuwirth Klima/Wachstums-Beziehungen

Waldzustandsentwicklung in NRW seit 1984

Falkenried (2009),Monitoring zur Vitalität der Baumkronen

In: Waldzustandsbericht NRW 2009

Isotopenanalyse

Foto: Forschungszentrum Jülich

Fotos: PSI Basel

Jahrringe als Indikator für Klima- und Umweltverände rungen in Mitteleuropa

Kontaktstudiumstagung Passau 2010: Burkhard Neuwirth Jahrringparameter

C-Isotope & Witterung

Treydte et al. 2004, SZF:223

Jahrringe als Indikator für Klima- und Umweltverände rungen in Mitteleuropa

Kontaktstudiumstagung Passau 2010: Burkhard Neuwirth Jahrringparameter

O-Isotope & Witterung

Treydte et al. 2004, SZF:224

Wasserdampf wird isotopisch leichter mit zunehmende r Entfernung, mit geographischer Breite und mit der Höhe ü.NN

Jahrringe als Indikator für Klima- und Umweltverände rungen in Mitteleuropa

Kontaktstudiumstagung Passau 2010: Burkhard Neuwirth Jahrringparameter