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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 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