Indicators for quantitative assessment of drought risks in beech and Norway spruce forests

The application of climate models to forecast future forest development asks for quantitative drought-response relationships, with the term “drought” first needing a definition. The long-term data series of an intercantonal forest observation program allowed to test various drought indicators, to compare them and to derive quantitative relationships for beech and Norway spruce. For basal area increment of both tree species indicators of the site water balance (SWB) performed best. For beech mortality site water balance and several indicators basing on the ratio between actual and potential evapo-transpiration (ETa/ETp) were equivalent, whereas for spruce mortality ETa/ETp during the first 80 days of the season was the best indicator. With these indicators the average drought related growth reduction after 2003 – a year with extreme drought – was estimated to amount to 32% for beech and 37% for Norway spruce. Mortality of Norway spruce increased by 130%, whereas the estimates for the increase of beech mortality vary between 54 and 110%, depending on the indicator. The observed quantitative relationships for growth were applied to map drought responses of growth for Switzerland. The maps clearly show the dry regions of Switzerland (northern Switzerland, southern Jura foothills, Lemanic region, Valais and Rhine valley around Chur), where basal area increment of beech and Norway spruce was reduced by more than 40%.

Indikatoren zur Schätzung des Trockenheitsrisikos in Buchen- und Fichtenwäldern

Die Anwendung von Klimamodellen zur Prognose zukünftiger Waldentwicklung benötigt quantitative Beziehungen zwischen Trockenheit und der Reaktion von Bäumen, wobei der Begriff «Trockenheit» zunächst definiert werden muss. Die langjährige Datenreihe des Interkantonalen Walddauerbeobachtungsprogramms erlaubte es, für Buche und Fichte verschiedene Trockenheitsindikatoren zu testen, zu vergleichen und quantitative Beziehungen herzuleiten. Für den Grundflächenzuwachs beider Baumarten eigneten sich Indikatoren der Standortwasserbilanz (Site Water Balance, SWB) am besten. Bei der Buchenmortalität waren Standortwasserbilanz und mehrere auf dem Verhältnis zwischen aktueller und potenzieller Evapotranspiration (ETa/ETp) basierende Indikatoren gleichwertig, während bei der Fichtenmortalität ETa/ETp in den ersten 80 Tagen der Vegetationsperiode am besten abschnitt. Mit den genannten Indikatoren wird geschätzt, dass der Grundflächenzuwachs von Buchen im Jahr 2003 – einem Jahr mit extremer Trockenheit – durch die Trockenheit in den Beobachtungsflächen um 32% und derjenige von Fichten um 37% reduziert wurde. Die Fichtenmortalität stieg um 130% an. Bei der Buchenmortalität variieren die Schätzungen je nach Indikator zwischen 54% und 110%. Die an den Beobachtungsstandorten gefundenen Zusammenhänge für den Grundflächenzuwachs wurden mittels Karten auf die ganze Schweiz übertragen. Deutlich treten die trockenen Regionen der Schweiz (Nordschweiz, Jurasüdfuss, Genferseeregion, Wallis und Churer Rheintal) hervor, in welchen der Grundflächenzuwachs von Buchen und Fichten um mehr als 40% reduziert war.

Indicateurs pour estimer le risque de sécheresse dans les hêtraies et pessières

L'utilisation de modèles climatiques pour le pronostic du développement à venir des forêts nécessite la relation quantitative entre la sécheresse et la réaction des arbres, pour laquelle le terme de «sécheresse» doit tout d'abord être défini. La longue série de données du programme intercantonal d'observations forestières permet de tester et comparer différents indicateurs de sécheresse pour le hêtre et l'épicéa et ainsi en dériver une relation quantitative. Pour l'accroissement de la surface terrière des deux essences, les indicateurs du bilan hydrique des stations se sont avérés être les meilleurs. Pour la mortalité du hêtre, le bilan hydrique des stations et plusieurs indicateurs se basant sur la relation entre évapotranspiration réelle et potentielle (ETr/ETp) étaient équivalents, tandis que la relation ETr/ETp était meilleure pour la mortalité de l'épicéa dans les 80 premiers jours de la période de végétation. Avec les indicateurs mentionnés, on a estimé que l'accroissement de la surface terrière du hêtre en 2003 – une année de sécheresse extrême – a été réduit dans les surfaces d'observation de 32% en raison de la sécheresse et de 37% pour l'épicéa. La mortalité de l'épicéa a augmenté de 130%. Les estimations pour la mortalité du hêtre varient selon des indicateurs entre 54% et 110%. Les relations déterminées pour les surfaces d'observation par rapport à l'accroissement de la surface terrière ont été reportées sur des cartes pour l'ensemble de la Suisse. Les régions les plus sèches en Suisse (Suisse septentrionale, pied sud du Jura, région lémanique, Valais et vallée septentrionale du Rhin), dans lesquelles l'accroissement de la surface terrière du hêtre et de l'épicéa est réduit de plus de 40%, se distinguent nettement.

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