Vor allem im nordamerikanischen Raum werden Matrix-Modelle zur Prognose der Bestandesentwicklung insbesondere für ungleichaltrige Mischbestände herangezogen. Diese resultieren aus der in Nordamerika bereits lange verbreiteten „Continuous Forest Inventory“ und haben einige entscheidende Vorteile.
Die leichte Nachvollziehbarkeit der resultierenden Ergebnisse und die einfache Parametrisierung der Modellkomponenten mittels Regressionsanalysen sind beider Erstellung von Matrix-Modellierungen gerade für lokale Wuchsmodelle mit kleinen Waldflächen ein idealer Ansatz.
Bislang fanden solche Modelle jedoch im mitteleuropäischen Raum kaum Anwendung.
Das in dieser Arbeit parametrisierte Matrix-Wachstumsmodell basiert in wesentlichen Teilen auf dem von BUONGIORNO und MICHIE (1980) entworfenen Modell für ungleichaltrige Mischbestände.
Es wird mit Hilfe von Inventurdaten aus einer permanenten Stichprobeninventur im Einzugsgebiet der Münchner Trinkwassergewinnung erstmals eine Prognose der Bestandesentwicklung auf der Basis eines Matrix-Modells im Waldbesitz der Landeshauptstadt München durchgeführt.
Mit modellspezifischen Funktionen zum Zuwachs, dem ausscheidenden Bestand und dem Einwuchs werden die Hypothesen dieser Arbeit geprüft.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand des Wissens
3 Material und Methoden
3.1 Das Matrix-Modell zur Prognose der Bestandesentwicklung
3.1.1 Aufbau des Matrix-Modells
3.1.1.1 Übergangswahrscheinlichkeiten
3.1.1.2 Ausscheidender Bestand
3.1.1.3 Einwuchs
3.1.2 Herleitung der Funktionsparameter für Durchmesserzuwachs, ausscheidender Bestand und Einwuchs
3.1.2.1 Multiple lineare Regressionsanalyse zur Herleitung von Durchmesserzuwachs und Einwuchs
3.1.2.2 Logistische Regressionsanalyse zur Herleitung der Mortalität
3.1.3 Prognose der Waldentwicklung und Variationen der Eingriffsstärke
3.2 Der Stadtwald München
3.2.1 Betriebsbeschreibung
3.2.2 Bewirtschaftungsziele
3.2.3 Die Bedeutung strukturierter Bestände für den Forstbetrieb
3.3 Datengewinnung
3.3.1 Inventurverfahren
3.3.2 Zur Auswertung verwendete Inventurdaten
3.4 Datenaufbereitung
3.4.1 Einteilung der Bestandestypen
3.4.2 Auswahl der untersuchten Stichprobenpunkte
3.4.3 Aufgenommene Baumarten
3.4.4 Gebildete Baumartengruppen
3.4.5 Bildung der Durchmesserklassen
3.4.6 Stammzahlverteilung auf Durchmesserklassen
3.4.7 Grundfläche und Standraum
3.4.8 Mittlerer jährlicher Durchmesserzuwachs
3.4.9 Bestandeshöhenkurven
3.4.10 Volumen und Vorräte
4 Ergebnisse
4.1 Ertragskundliche Bestandesmerkmale im Jahr 2008
4.1.1 Stammzahlverteilungen
4.1.2 Standflächenanteile der Baumartengruppen
4.1.3 Wuchsleistung, Durchmesserzuwachs und Vorratsentwicklung
4.2 Die Komponenten des Matrix-Modells
4.2.1 Übergangswahrscheinlichkeiten
4.2.2 Ausscheidender Bestand
4.2.3 Einwuchs
4.3 Prognostizierte ertragskundliche Bestandesmerkmale
4.3.1 Stammzahlverteilungen
4.3.2. Standflächenanteile der Baumartengruppen
4.3.3 Vorratsentwicklung und ausscheidender Bestand
4.4 Variationen der Eingriffsstärke
4.4.1 Übersicht der zentralen Ergebnisse der Prognosevarianten
4.4.2 Verdoppelte Eingriffstärke ab der dritten Durchmesserklasse
4.4.2.1 Stammzahlverteilungen
4.4.2.2 Baumartenanteile
4.4.2.3 Vorratsentwicklung, ausscheidender Bestand und Wuchsleistung
4.4.3 Verdreifachte Eingriffsstärke in den Durchmesserklassen 3 bis 11
4.4.3.1 Stammzahlverteilungen
4.4.3.2 Vorratsentwicklung, ausscheidender Bestand und Wuchsleistung
5 Diskussion
5.1 Beantwortung der Hypothesen
5.1.1 Hypothese 1
5.1.2 Hypothese 2
5.2 Einordnung der Arbeit in einen wissenschaftlichen Kontext
5.2.1 Methodische Einordnung
5.2.2 Waldbauliche Einordnung
5.3 Kritische Würdigung des Untersuchungsansatzes
5.3.1 Datenqualität
5.3.2 Zuwächse, Einwuchs und Mortalität
5.4 Realitätsnähe und Umsetzbarkeit der erprobten Varianten
5.5 Schlussfolgerungen
6 Zusammenfassung
7 Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Forschungsgegenstand
Ziel dieser Arbeit ist es, die Entwicklung ungleichaltriger Mischbestände im Stadtwald München mittels eines Matrix-Modells zu prognostizieren und dabei die Auswirkungen verschiedener Nutzungsszenarien zu untersuchen. Die Forschungsarbeit prüft die Hypothesen, ob auf Basis einfacher Inventurdaten eine belastbare Prognose der Bestandesentwicklung möglich ist und ob die derzeitige Bewirtschaftungsstrategie tatsächlich zur Förderung plenterartiger Strukturen führt.
- Parametrisierung und Anwendung eines Matrix-Wachstumsmodells für komplexe Bestandsstrukturen.
- Analyse von Zuwachs, Einwuchs und Mortalität basierend auf permanenten Stichprobeninventuren.
- Untersuchung der langfristigen Auswirkungen unterschiedlicher Eingriffsstärken auf Vorrat und Baumartenverteilung.
- Eignungsprüfung des Modells als Entscheidungshilfe für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung im Trinkwasserschutzgebiet.
Auszug aus dem Buch
3.1.1.2 Ausscheidender Bestand
Unter dem ausscheidenden Bestand werden sowohl Bäume verstanden, die natürlicherweise im Zeitverlauf absterben, als auch solche, die durch Ernte entnommen werden. Eine Aufnahme in das Modell der Bestandesentwicklung kann dabei nur erfolgen, sofern der Baum bei der Datenaufbereitung (vgl. Abschnitt 3.4) eindeutig einer der festgelegten Baumartengruppen zugeordnet werden kann. Bei der Entnahme durch Ernte war dies mit den vorliegenden Inventurdaten durchgehend möglich. Für das natürliche Absterben dagegen konnte bei der Totholzaufnahme nicht immer eine eindeutige Feststellung der Baumart getroffen werden.
Die Berechnung erfolgt mittels logistischer Regressionsanalyse, da es sich beim Ausscheiden um kategoriale Werte („ausgeschieden“ bzw. „nicht ausgeschieden“) handelt, die eine Codierung mit „0“ bzw. „1“ bedingen. Zur näheren Vorgehensweise im Rahmen der logistischen Regressionsanalyse sei auf 3.1.2.2 verwiesen, wo das Verfahren erläutert wird. Die in dieser Arbeit zur Ermittlung des ausscheidenden Bestandes aufgestellte Gleichung (9) lautet folgendermaßen:
Logit(d) = b0 + b1 · BHD + b2 · BHD² + b3 · Σ Gi (9)
Logit(d) in die logistische Funktion (10) einzusetzender Wert, mit dem Schätzungen zwischen 0 und 1 zugeordnet werden
d geschätztes Ausscheiden aus dem Bestand (natürl. Absterben und Entnahme)
b0 bis bi Funktionsparameter
BHD Durchmesser auf 1,3 m Höhe [cm]
Σ Gi Summe der Grundfläche Baumartengruppen in allen DKL [m²]
Der so ermittelte Logit-Wert des Ausscheidens aus dem Bestand fließt in die Funktion der logistischen Regression ein.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der Bestandesmodellierung ein und erläutert die Bedeutung von Matrix-Modellen für die Prognose ungleichaltriger Mischbestände im Kontext des Stadtwaldes München.
2 Stand des Wissens: Dieses Kapitel gibt einen historischen Überblick zur Altersklassenwirtschaft und zur Entwicklung naturgemäßer Waldbaukonzepte sowie zum theoretischen Hintergrund von Matrix-Modellen in der forstlichen Planung.
3 Material und Methoden: Hier werden der Aufbau des verwendeten Matrix-Modells, die Herleitung der statistischen Funktionsparameter sowie die Datengewinnung und Aufbereitung der Inventurdaten detailliert beschrieben.
4 Ergebnisse: Die Ergebnisse präsentieren die Analyse der Bestandesmerkmale im Jahr 2008 sowie die prognostizierte Entwicklung über zehn Jahre unter verschiedenen Nutzungsszenarien.
5 Diskussion: In der Diskussion werden die Arbeitshypothesen bewertet, die methodische Vorgehensweise in den wissenschaftlichen Kontext eingeordnet und die Realitätsnähe der Ergebnisse kritisch gewürdigt.
6 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung fasst die zentralen Erkenntnisse der Arbeit zur Eignung des Modells und zur Bestandesentwicklung unter verschiedenen Eingriffsvarianten prägnant zusammen.
7 Literaturverzeichnis: Dieses Kapitel listet sämtliche verwendeten wissenschaftlichen Quellen und Referenzen zur Untermauerung der Arbeit auf.
Schlüsselwörter
Matrix-Modell, Bestandesentwicklung, Stadtwald München, ungleichaltrige Mischbestände, Trinkwasserschutz, logistische Regression, Durchmesserzuwachs, Einwuchs, Mortalität, Forsteinrichtung, Waldbauliche Planung, Inventurdaten, Nachhaltigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung eines Matrix-Wachstumsmodells, um die forstliche Bestandesentwicklung ungleichaltriger Mischbestände im Stadtwald München wissenschaftlich zu prognostizieren.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die mathematische Modellierung von Waldwachstum, die forstliche Bestandsinventur, Trinkwasserschutz durch naturnahen Waldbau sowie die ökonomische und ökologische Bedeutung strukturreicher Bestände.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Ziel ist es zu prüfen, ob ein Matrix-Modell auf Basis einfacher Inventurdaten eine zuverlässige Prognose ermöglicht und ob die bisherige Bewirtschaftung tatsächlich zur Etablierung plenterartiger Strukturen führt.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Die Arbeit nutzt multiple lineare und logistische Regressionsanalysen, um Modellparameter wie Durchmesserzuwachs, Einwuchs und Mortalität zu bestimmen und mittels statistischer Software (SAS) zu berechnen.
Welche Inhalte werden im Hauptteil fokussiert?
Der Hauptteil konzentriert sich auf die theoretische Herleitung der Modellkomponenten, die detaillierte Beschreibung des Untersuchungsgebiets sowie die computergestützte Simulation verschiedener Nutzungsvarianten (Eingriffsstärken).
Welche Keywords charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Matrix-Modell, Bestandesentwicklung, Stadtwald München, ungleichaltrige Mischbestände, Trinkwasserschutz, logistische Regression und Waldbauliche Planung charakterisiert.
Inwieweit beeinflusst der Trinkwasserschutz die Bewirtschaftungsziele im Stadtwald München?
Der Trinkwasserschutz bildet das oberste Ziel, was die Förderung artenreicher Mischbestände sowie eine flächenschonende Bewirtschaftung erfordert, um die Pufferwirkung des Bodens und die kontinuierliche Wasserspende zu sichern.
Zu welchem Ergebnis kommt der Autor bezüglich der Hypothesen?
Der Autor bestätigt, dass das Modell prinzipiell zur Prognose geeignet ist, stellt jedoch fest, dass die bisherige Bewirtschaftungsweise bei aktuellen Vorratsniveaus langfristig eher zu einem Verlust der Plenterstruktur führt, statt diese zu sichern.
- Citation du texte
- Markus Müller (Auteur), 2009, Ein Matrix-Modell zur Prognose der Entwicklung ungleichaltriger Mischbestände im Stadtwald München, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/181671
