Jak wybrać gatunki drzew dostosowane do klimatu: Wsparcie decyzyjne dla właścicieli lasów w Hesji, Niemcy

Zmiana klimatu stwarza wiele niepewności dla zarządców lasów. Prognozy przewidują, że zmiana klimatu będzie powszechna, szybka i nasilająca się. W związku z tym scenariusze klimatyczne muszą być zawsze ponownie analizowane pod kątem zaleceń dotyczących gatunków drzew i zmian uwzględnianych w procesie decyzyjnym dotyczącym leśnictwa.

Regionalne prognozy dotyczące zmian klimatu nie są tak jasne, zwłaszcza jeśli chodzi o sezonowe rozkłady opadów. Ponadto nie tylko właściwości gleby, ale także warunki terenowe, takie jak nachylenie lub narażenie, mają silny wpływ na zaopatrzenie w wodę w określonym miejscu. W związku z tym konieczne jest zróżnicowane przestrzennie modelowanie skutków zmiany klimatu. W regionie Hesji nacisk kładzie się na modelowanie zaopatrzenia w wodę, ponieważ zmiana klimatu zwiększa ryzyko stresu suszy dla gatunków drzew na wielu obszarach, ograniczając tym samym ich przydatność. Wynika to nie tylko ze zmiany wzorców opadów, ale także ze wzrostu parowania, związanego ze wzrostem temperatur. Zwłaszcza w ciepłych miesiącach letnich spowoduje to wzrost deficytu wody w wielu lokalizacjach w przyszłości. Prognozy są szczególnie poważne, jeśli weźmie się pod uwagę scenariusz emisji IPCC (2014) RCP 8.5.

Jednym z wyzwań jest znalezienie wskaźnika stresu związanego z suszą. Powinien on być obliczany dla wszystkich terenów leśnych w Hesji i powinien być odpowiedni do oceny ryzyka związanego z gatunkami drzew, tak aby można było formułować zalecenia przy użyciu wartości progowych.

Szkody wyrządzone w ostatnich latach przez burze, susze i plagi kornika wskazują na pilną potrzebę dostosowania gospodarki leśnej. Zwłaszcza na dużych obszarach szkód decyzje o ponownym zalesianiu muszą być podejmowane szybko. Decyzje te muszą uwzględniać oczekiwane zmiany klimatu, a tym samym minimalizować ryzyko przyszłych szkód i prowadzić do długoterminowej ochrony ważnych, stabilnych lasów.

Zintegrowany plan ochrony klimatu na 2025 r., kraj związkowy Hesja, wdraża plan ochrony klimatu niemieckiego rządu federalnego na szczeblu państwowym. Obejmuje on szeroko zakrojony pakiet środków na rzecz łagodzenia zmiany klimatu i przystosowania się do niej.

Zgodnie z ustawą o lasach heskich właściciele lasów mogą swobodnie decydować, które gatunki drzew wybrać. Są one jednak zobowiązane do ponownego zalesienia obszarów w ciągu sześciu lat (§ 7 HWaldG).

Kraj związkowy Hesja wspiera właścicieli lasów w naprawie szkód w lesie spowodowanych ekstremalnymi warunkami pogodowymi. Zalecenia NW-FVA są w wiążący sposób włączone do przepisów państwowych ustanawiających program dotacji dla lasów („Richtlinie für forstliche Förderung in Hessen”, 30 kwietnia 2018 r. oraz „Richtlinie zur Förderung von Maßnahmen zur Bewältigung der durch Extremwettereignisse verursachten Folgen im Wald in Hessen, Extremwetterrichtlinie-Wald, 1 kwietnia 2021 r.)”.

Zalecenia dotyczące dostosowanych do klimatu składów gatunków drzew w Hesji, opracowane w ramach projektu IKSP-Hessen, mają następujące cele:

1. Dostarczenie informacji dotyczących konkretnego obszaru w odniesieniu do niezmapowanych obszarów leśnych w lasach gminnych i prywatnych Hesji jako podstawy do wyboru gatunków drzew odpowiednich dla danego miejsca, ponieważ tylko 80 % lasów zostało już zmapowanych. W tym kontekście projekt ma na celu lepsze odzwierciedlenie w przestrzeni bilansu wodnego i biogennego, zwłaszcza w szerokim spektrum miejsc określanych jako „mesotroficzne”.

2. Opracowanie zaleceń dotyczących gospodarki leśnej w przyszłości - patrząc na rok 2100. W tym celu wykorzystuje się regionalne scenariusze klimatyczne z głównego zespołu grupy ekspertów ReKliEs-De na szczeblu państwowym.

3. Określenie „rodzajów rozwoju lasów”, składających się z zalecanej mieszanki gatunków drzew, które uzupełniają się wzajemnie w swoich wzorcach wzrostu, w celu zminimalizowania lub zmniejszenia ryzyka szkód spowodowanych zmianą klimatu.

Ostatecznym celem jest udostępnienie wyników wszystkim heskim właścicielom lasów, wdrożenie nowego i przyjaznego dla użytkownika systemu informacyjnego, z którego mogą korzystać właściciele lasów bez dogłębnej wiedzy technicznej.

Projekt obejmował trzy główne działania: (i) mapowanie cech charakterystycznych danego terenu w obecnych i przyszłych warunkach, (ii) opracowywanie zaleceń („zalecane rodzaje rozwoju lasów”) oraz (iii) transfer wiedzy w celu sprzyjania przyjmowaniu zaleceń przez właścicieli lasów (usługa internetowa dotycząca gatunków drzew przystosowanych do klimatu), jak wyszczególniono poniżej.

1. Odwzorowanie charakterystyki specyficznej dla danego miejsca

Zrozumienie specyficznych cech terenu, takich jak dostępne zaopatrzenie w wodę i składniki odżywcze, ma zasadnicze znaczenie dla wyboru odpowiednich gatunków drzew dla każdego terenu leśnego. Mapy terenów glebowych były dostępne na początku projektu dla większości obszarów leśnych w Hesji. Aby zlikwidować lukę wynoszącą 20 % nieudokumentowanego obszaru leśnego i poprawić wyniki mapowania, w NW-FVA opracowano modele komputerowe w celu uzyskania stanu troficznego, klimatycznego bilansu wodnego (różnica między opadami a potencjalną ewapotranspiracją) oraz pojemności użytkowej pola (woda dostępna dla roślin po uzupełnieniu w miesiącach zimowych) dla wszystkich obszarów leśnych. Aby obliczyć obszarowe oszacowanie pojemności użytkowej pola, przygotowano łącznie 4 179 profili glebowych. Ponadto do oszacowania poziomów troficznych wykorzystano mapę glebową Hesyjskiego Państwowego Urzędu Geodezyjnego (Heitkamp i in., 2020). Głównym elementem była ocena przyszłego zaopatrzenia w wodę poprzez ocenę bilansu wodnego obszaru w okresie wegetacji. Parametr ten składa się z pojemności pola użytkowego i klimatycznego bilansu wodnego. Zastosowany klimatyczny bilans wodny opiera się na prognozach klimatycznych scenariusza emisji RCP 8.5 (IPCC 2014), obliczonych przy użyciu globalnego modelu ECHAM 6 i statystycznego modelu regionalnego STARS II jako średniej wartości dla okresu odniesienia 2041–2070. W celu ustalenia lokalnego odniesienia zastosowano połączoną metodę odwrotnego ważenia odległości i regresji wysokości, aby skalować do siatki 50 x 50 m.

Nowa mapa obszaru NW-FVA zawiera zatem wyczerpujące informacje na temat poziomów troficznych i przyszłego bilansu wodnego całego lasu w Hesji, umożliwiając większe uwzględnienie kwestii klimatycznych przy wyborze gatunków drzew.

2. Opracowanie zalecanych typów zagospodarowania lasu

Gatunki drzew są klasyfikowane zgodnie z ich zapotrzebowaniem na wodę i składniki odżywcze przy użyciu wartości progowych wskaźnika stresu suszy. Gatunki drzew, które uzupełniają się pod względem wymagań ekologicznych i zachowań związanych ze wzrostem, są dopasowywane do mieszanych typów drzewostanów lub typów rozwoju lasu.

W zależności od spełnienia wymogów ekologicznych danego obszaru rolę gatunku drzewa w lasach mieszanych można sklasyfikować jako wiodącą, mieszaną, towarzyszącą lub wykluczoną z uprawy. Oprócz bilansu wodnego i kryteriów troficznych zalecenia zawierają również pewne uwarunkowania leśno-kulturowe i gospodarcze (np. wykluczenie sosny i brzozy na obszarach bogatych w wodę i składniki odżywcze). W przypadku obszarów hydromorficznych, tj. gleb, na które wpływ mają wody gruntowe i wody podziemne, przydział gatunków drzew przy użyciu bilansu wodnego obszaru nie jest odpowiedni, ponieważ zdolność użytkowa pola nie ma tutaj znaczenia. Zamiast tego są one klasyfikowane przez poprzedni system zgodnie z reżimem wodnym terenu i poziomem troficznym.

Głównymi argumentami przemawiającymi za lasami mieszanymi są ich większa stabilność i ogólnie wyższa odporność w kompensowaniu zakłóceń. Rodzaje rozwoju lasów są wykorzystywane w planowaniu gospodarki leśnej. Są one opisane za pomocą modeli pożądanej struktury lasu, które np. kategoryzują ich pozycję sukcesywną i określają cele rozwojowe w odniesieniu do ich funkcji ochronnej i rekreacyjnej. Cele w zakresie produkcji drewna są uwzględniane w postaci docelowych średnic i okresów produkcji. Procenty gatunków drzew określa się zarówno dla celów rozwojowych, jak i regeneracyjnych. Informacje dotyczące planowania specyficznego dla danego obszaru można uzyskać dla każdego gatunku drzewa zalecanego w danym rodzaju zabudowy leśnej.

Katalog typów zabudowy lasów dla lasów gminnych i prywatnych obejmuje 34 typy zabudowy lasów, które są już wykorzystywane przez wielu właścicieli lasów. Liczba odwiedzin portalu internetowego w sierpniu 2024 r. wynosi ponad 296 000 (liczba kliknięć) i rośnie. Ze względu na ryzyko błędnej interpretacji przez użytkowników niebędących ekspertami NW-FVA zasadniczo doradza konsultacjom z wyspecjalizowanym personelem leśnym.

3. Web-Service dla gatunków drzew przystosowanych do klimatu

System wspierania decyzji w zakresie selekcji gatunków drzew dostosowanych do klimatu został zintegrowany z operacyjnym GIS HessenForst i udostępniony właścicielom lasów jako ogólnodostępny portal internetowy ( https://www.nw-fva.de/baem/). Ponadto REST-Web-Service, na którym opiera się cała usługa, oraz WMS (usługa map internetowych) można łatwo zintegrować z innymi produktami oprogramowania. Strona internetowa NW-FVA zawiera również krótki przewodnik po korzystaniu z usługi. Katalog typów zabudowy leśnej, dalsze informacje ogólne i tabele klasyfikacji są dostępne do pobrania.

W aplikacji internetowej kliknięcie na mapie otwiera tabelę z informacjami o pozycji, cechach terenu lasu i zalecanych typach zabudowy lasu w każdej lokalizacji lasu w całej Hesji.

W celu uzupełnienia portalu internetowego opracowano aplikację dla systemów operacyjnych Android i iOS (Apple) na urządzenia mobilne. Zaletą aplikacji jest to, że określa ona położenie lasu za pomocą GPS. Umożliwia natychmiastowe uzyskanie informacji, tak aby ocena istniejącej sytuacji leśnej mogła być bezpośrednio powiązana z terenem leśnym. Jeśli nie ma dostępu do Internetu, wybrana lokalizacja jest zapisywana i można ją otworzyć później, aby pobrać powiązane informacje. Pozycjonowanie jest szczególnie pomocne, jeśli nie ma podziału lasu lub mapy lub jeśli trudno jest wyznaczyć granice, na przykład w małych lasach prywatnych.

Wreszcie, katalog typów zabudowy leśnej służy jako podstawa do dotacji ze strony organów administracyjnych. Kraj związkowy Hesja finansuje ponowne zalesianie otwartych przestrzeni, które zostały dotknięte ekstremalną suszą w okresie od 2018 r. do dnia dzisiejszego. Wybór rodzaju zagospodarowania lasu zalecanego w określonej lokalizacji jest obowiązkowy dla właścicieli lasów i jest warunkiem wstępnym otrzymania dotacji na sadzenie i utrzymanie.

Partnerami projektu byli właściciele lasów i doradcy: HessenForst, odpowiedzialne za las państwowy oraz części lasów gminnych i prywatnych, oraz Hessian Forest Owners’ Association, odpowiedzialne za wszystkie pozostałe części lasów gminnych i prywatnych. Obaj zapewniali doradztwo i dane przez cały czas trwania projektu oraz byli zaangażowani w procesy transferu wiedzy.

Przeprowadzono ankietę wśród właścicieli lasów i doradców w celu opracowania strategii promowania świadomości i wykorzystania narzędzi wspomagania decyzji w odniesieniu do lasów miejskich i prywatnych. Od wczesnych etapów projektu zaangażowanie zainteresowanych stron sprzyjało przyjmowaniu i przyjmowaniu zaleceń od właścicieli lasów. Z tego powodu bardziej szczegółowe informacje na temat zaangażowania zainteresowanych stron przedstawiono w sekcji „Sukces i czynniki ograniczające”.

Czynniki sukcesu:

Aby jak najszybciej i jak najskuteczniej wprowadzić wyniki w życie, proces transferu wiedzy odbywał się na kilku poziomach, co stanowiło kluczowy czynnik sukcesu projektu.

Po pierwsze, skład uczestników projektu, w którym uczestniczyli HessenForst i Hessian Forest Owners’ Association, oznaczał, że doświadczeni praktycy byli zaangażowani w opracowywanie i interpretację wyników od początku projektu. Zapewniło to uznanie przedstawionych zaleceń i aktywne włączenie do planowania leśnego od samego początku. W związku z tym pierwsza walidacja miała miejsce w trakcie trwającego procesu, zanim wyniki zostały przedstawione i udostępnione ogółowi społeczeństwa. Podejście to znacznie zwiększyło akceptację opracowanych zaleceń dotyczących gatunków drzew.

Drugi poziom transferu wiedzy polega na łatwej do zrozumienia dokumentacji i publicznym udostępnianiu wyników w formie, która w przejrzysty sposób wspiera właścicieli lasów i leśników w podejmowaniu decyzji. W związku z tym wojna w cyfrowym systemie wspomagania decyzji (DSS) została zaprojektowana jako odpowiednie narzędzie. Jest to publicznie dostępne za pośrednictwem portalu internetowego NW-FVA, na którym właściciele lasów mogą łatwo zidentyfikować swoje drzewostany i uzyskać dostęp do zaleceń dotyczących gatunków drzew opracowanych w ramach projektu. Opracowano również wersję mobilną dla telefonów komórkowych z systemem Android i iOS. Aplikacje te są najprostszym sposobem lokalizowania witryn za pomocą funkcji GPS urządzenia mobilnego.

W ramach trzeciego etapu transferu wiedzy w ścisłej współpracy z HessenForst zorganizowano aktywne kursy szkoleniowe we wszystkich biurach leśnictwa. Wykłady były również wygłaszane podczas wydarzeń organizowanych przez Stowarzyszenie Właścicieli Lasów Hesji. Właścicielom lasów we własnych lasach oferowane są również bezpłatne kursy szkoleniowe. Kursy i portal internetowy były reklamowane za pośrednictwem ulotek i reklam w specjalistycznych czasopismach. Ponadto rozpoczęto tworzenie podręczników użytkownika wideo. Są one również dostępne na stronie internetowej NW-FVA.

Co zaskakujące, kilka innych sektorów, takich jak urzędy ds. planowania środowiskowego, organy ochrony przyrody oraz podmioty odpowiedzialne za pozyskiwanie wody pitnej i tamy lub budowę dróg, wyraziło zainteresowanie wykorzystaniem zaleceń dotyczących gatunków drzew i włączeniem usługi do swoich portali GIS. Świadczy to o sukcesie inicjatywy podjętej przez NW-FVA.

Podobne podejście, oparte na tej samej koncepcji rodzajów rozwoju lasów, zostało wdrożone w kraju związkowym Nadrenia Północna-Westfalia (Niemcy) w ramach projektu SUPERB (zob. studium przypadku Rozwiązania w zakresie odbudowy dużych lasów w NRW), co sugeruje potencjał powielania projektu.

Czynniki ograniczające:

Chociaż istnieje duża potrzeba doradztwa, a zalecenia zostały w wiążący sposób włączone do dotacji państwowych na projekty ponownego zalesiania, zalecenia dotyczące gatunków drzew nie zostały jeszcze ustanowione jako nowy standard.

Zaproszenie do przekazywania informacji zwrotnych i program szkoleń zostały przyjęte z zadowoleniem, ale nie w takim zakresie, w jakim oczekiwano. Dogłębna wiedza w złożonej dziedzinie selekcji gatunków drzew w zmieniającym się klimacie jest uważana za niezbędną, aby uniknąć błędnych interpretacji. Ponadto grupa docelowa decydentów w lesie jest bardzo zróżnicowana, co wymaga znacznych wysiłków w zakresie komunikacji. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, w perspektywie długoterminowej utrzymany zostanie program szkoleniowy. Preferowane jest szkolenie na miejscu, ale pożądane są również filmy instruktażowe. Zostanie to wzięte pod uwagę w celu poprawy wykorzystania zaleceń.

Całkowity koszt projektu wyniósł 5 555 000 EUR i obejmował głównie koszty personelu. Korzystanie z narzędzi opracowanych w ramach projektu jest bezpłatne dla wszystkich użytkowników. Koszty rekultywacji lasów są zmienne w zależności od warunków panujących na danym terenie i wielkości obszaru, który ma zostać rekultywowany. Przykład można znaleźć w studium przypadku „Rozwiązania w zakresie odbudowy lasów na dużą skalę na rzecz odporności na wiele czynników stresogennych związanych z klimatem w Nadrenii Północnej-Westfalii w Niemczech”.

Planowanie gospodarki leśnej z wykorzystaniem rodzajów rozwoju lasów, które zalecają lasy mieszane, zapewni większą stabilność i ogólnie większą odporność na zakłócenia. Zapewni to nie tylko korzyści środowiskowe i gospodarcze, ale także zapewni utrzymanie innych leśnych usług ekosystemowych. Chociaż nie jest to konkretnie określone ilościowo, będzie również wspierać regulację klimatu, regulację i zaopatrzenie w wodę, kontrolę erozji, zapewnianie siedlisk i rekreację.

Projekt rozpoczął się w 2018 r. i potrwa do 2025 r. Portal internetowy został udostępniony po raz pierwszy w październiku 2020 r. Po intensywnym dalszym rozwoju w maju 2023 r. przeprowadzono kompleksową aktualizację.

Wybór i planowanie konkretnych środków odbudowy lub sadzenia może potrwać do jednego roku. Ciągłe zarządzanie drzewostanami jest ważne dla utrzymania dostosowanego lasu mieszanego, który może zapewnić wszystkie usługi ekosystemowe. Istnieją odpowiednie zalecenia dotyczące zarządzania dla każdego rodzaju rozwoju lasu, zróżnicowane w zależności od etapu przed zagęszczeniem, etapu zarośla, etapu kwalifikacji i etapu wymiarowania, a także etapu dojrzałości i regeneracji.

Narzędzie wspomagania decyzji ma charakter stały i jest na bieżąco aktualizowane.

Dr. Ralf Nagel
director of the Northwest German Forest Research Institute
Grätzelstraße 2
D-37079 Göttingen
Tel.: +49 (0) 551 – 69401 – 123
E-Mail: ralf.nagel@nw-fva.de

Dr. Heidi Döbbeler
scientific assistant
Northwest German Forest Research Institute
Grätzelstraße 2
D-37079 Göttingen
Tel.: +49 (0) 551 – 69401 – 114
E-Mail: Heidi.Doebbeler@nw-fva.de

Dr. Jan Hansen
head of forest inventory, information technology and biometrics
Northwest German Forest Research Institute
Grätzelstraße 2
D-37079 Göttingen
Tel.: +49 (0) 551 – 69401 – 221
E-Mail: Jan.Hansen@nw-fva.de

fnews@thuenen.de

Döbbeler H., Nagel R.-V., Spellmann H., Hamkens H. (2023): Waldentwicklungsziele (WEZ) für den hessischen Kommunal- und Privatwald. Empfehlungen der NW-FVA w Zusammenarbeit mit dem Hessischen Waldbesitzerverband. Getynga. 39 S. (https://www.nw-fva.de/unterstuetzen/software/baem/hessen, stoisko 26.05.2023)

Spellmann H., Döbbeler H., Hamkens H., Hansen J., Sutmöller J., Bialozyt R., Nagel R.-V. (2021): Entscheidungshilfen zur klimaangepassten Baumartenwahl. Deutscher Waldbesitzer (1): 8-10.

Heitkamp F., Ahrends B., Evers J., Steinicke C., Meesenburg H. (2020): wnioskowanie o systemach odżywczych gleby leśnej poprzez zintegrowanie chemii gleby z logiką rozmytą: Ogólnoregionalny wniosek dla zainteresowanych stron z Hesji, Niemcy. Geoderma Regional 23: e00340. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2020.e00340

Bialozyt, R., Böckmann, T. (2023): Abschlussbericht IKSP Projekt L-12 „Klimarisiko- und Zielbestockungskarten Forst – Verbesserte Beratungsgrundlagen für neue Herausforderungen an hessische Waldbesitzer”, 76 S. (https://www.nw-fva.de/unterstuetzen/software/baem/hessen, stoisko 26.05.2023)