Modelling the Long-Term Effects of Climate Change and Silvicultural Systems on Rockfall Protection: A Case Study from the Slovenian Alps

Hoch oben in den Bergen bewirken Wälder mehr als nur bloßes Wachstum; sie fungieren als lebende Schilde. Wenn Steine von steilen Klippen lösen, können Bäume sie aufhalten, indem sie ihren Fall verlangsamen oder sie ganz abfangen, bevor sie Dörfer und Straßen unterhalb erreichen. Diese Schutzfunktion ist eine kritische Dienstleistung, die Gebirgswälder erbringen, aber sie ist nicht permanent. Die Bäume, die diese Schilde bilden, sind Lebewesen, die wachsen, altern und sterben, und ihre Fähigkeit, fallende Steine aufzuhalten, hängt davon ab, wie viele es sind, wie dick ihre Stämme sind und um welche Arten es sich handelt. Nun fügt ein klimatischer Wandel eine neue Ebene der Komplexität hinzu. Wärmere, trockenere Bedingungen können bestimmte Bäume unter Stress setzen, während menschliche Entscheidungen über die Bewirtschaftung des Waldes – ob man Bäume fällt, wie man sie fällt oder sie in Ruhe lässt – bestimmen werden, wie der Wald in Jahrzehnten aussehen wird. Die Frage, vor der Waldmanager stehen, ist nicht nur, wie man Holz produziert, sondern wie man diese natürlichen Barrieren über Jahrhunderte hinweg effektiv am Laufen hält, selbst wenn sich das Klima verschiebt und die Bäume selbst sich verändern.

In den slowenischen Alpen setzte sich ein Forscherteam mit dieser Frage auseinander, indem es zweihundert Jahre in die Zukunft blickte. Sie konzentrierten sich auf einen spezifischen Schutzwald oberhalb des Ljubelj-Passes, eines wichtigen Gebirgspasses zwischen Slowenien und Österreich. Dieser Wald, der etwa 75 Hektar umfasst, wird derzeit von Rotbuchen dominiert, mit einem signifikanten Vorkommen von Gemeiner Fichte. Die Forscher wollten sehen, wie sich dieser Wald unter drei verschiedenen Bewirtschaftungsstilen entwickeln würde: das den Wald völlig sich selbst überlassen, ein Plenterwald-System, bei dem einzelne Bäume entnommen werden, um ein kontinuierliches Kronendach zu erhalten, oder ein Streckenverjüngungssystem, bei dem Teile des Waldes in Phasen gerodet werden, um neues Wachstum zu fördern. Sie wollten auch sehen, wie sich diese Ergebnisse verändern würden, wenn das Klima wärmer und trockener würde, wie es für die Region projiziert wird. Um dies zu tun, warteten sie nicht zwei Jahrhunderte ab; stattdessen nutzten sie leistungsstarke Computermodelle, um das Wachstum des Waldes und die Bewegung fallender Steine über diesen gesamten Zeitraum zu simulieren.

Die Forscher verwendeten zuerst ein Waldwachstumsmodell namens ForClim, um zu simulieren, wie sich die Bäume entwickeln würden. Sie speisten das Modell mit Daten aus einer realen Waldinventur aus dem Jahr 2022, einschließlich der Anzahl der Bäume, ihrer Größen und der vorhandenen Arten. Dann ließen sie die Simulation über 200 Jahre unter verschiedenen Szenarien voranschreiten: eines, in dem das Klima genau so bleibt wie heute, und eines, das einem Pfad hoher Emissionen folgt, der die Region signifikant wärmer macht. Innerhalb jedes Klimaszenarios wandten sie die drei verschiedenen Bewirtschaftungsregeln an. Das Modell berechnete, wie sich der Wald in Bezug auf Baumdichte, Stammgröße und Artenzusammensetzung verändern würde. Im Szenario „keine Bewirtschaftung“ wurde der Wald beispielsweise sich selbst überlassen, wobei er natürlich wächst und stirbt. Im „Selektions-Szenario“ würden Manager periodisch einige Bäume entnehmen, um die Waldstruktur vielfältig und kontinuierlich zu halten. Im „Streckenverjüngungs-Szenario“ würden Manager größere Waldparzellen in einem Zyklus roden, um Platz für neues Keimlingswachstum zu schaffen, bevor die alten Bäume entfernt werden.

Nachdem der Computer die zukünftigen Wälder generiert hatte, übergaben die Forscher diese Daten an ein zweites Modell namens Rockyfor3D. Dieses Modell simuliert die Physik fallender Steine. Es berücksichtigt das Gelände, die Art des Gesteins und die Waldstruktur – insbesondere die Anzahl der Bäume und deren Stammdicke – und berechnet, wie viel Energie ein fallender Stein beim Aufprall auf den Boden besitzt. Wenn ein Stein einen Baum trifft, verliert er Energie; wenn er durch eine Lücke gleitet, behält er seine Geschwindigkeit bei. Durch den Vergleich der Energie der Steine in den verschiedenen Zukunftsszenarien konnten die Forscher bestimmen, welcher Bewirtschaftungsstil den besten Schutz bietet. Sie betrachteten den durchschnittlichen Schutz, den der Wald bot, aber auch die Worst-Case-Stellen, an denen Steine dennoch mit hoher Wucht einschlagen könnten.

Die Simulationen zeigten, dass die Wahl des Bewirtschaftungsstils in den ersten 40 bis 60 Jahren wichtiger war als der Klimawandel selbst. Kurzfristig diktierte die Art der Waldbewirtschaftung, wie die Bäume aussah und wie gut sie Steine aufhalten konnten. Langfristig begann jedoch das Klima, die Zusammensetzung des Waldes neu zu gestalten. In allen Szenarien ging der Anteil an Buchenholz zurück. Die Gemeine Fichte, die empfindlich auf Dürre reagiert, schlug je nach Bewirtschaftung unterschiedlich aus. Im unbewirtschafteten Wald nahm die Fichte tatsächlich zu, wahrscheinlich weil die bereits dort befindlichen älteren Bäume noch lange Zeit weiterwuchsen und überlebten. Aber in den bewirtschafteten Wäldern, insbesondere unter dem Erwärmungsszenario, ging die Fichte signifikant zurück. Stattdessen verzeichneten die bewirtschafteten Wälder einen Anstieg von lichtliebenden Bäumen wie Lärche und Kiefer sowie anderen Laubbaumarten, die in wärmeren Bedingungen gedeihen.

Was den Schutz der unten verlaufenden Straße betraf, zeigten die Ergebnisse einen klaren Zielkonflikt zwischen durchschnittlichem Schutz und Beständigkeit. Das Streckenverjüngungssystem, das das Roden großer Waldparzellen beinhaltet, erzeugte nach 200 Jahren den stärksten durchschnittlichen Schutz. Dies liegt daran, dass das Modell zeigte, dass der Wald schließlich sehr dicht mit jungen Bäumen bewachsen sein würde. Dieses System hatte jedoch einen großen Makel: Es erzeugte Phasen sehr schwachen Schutzes. Während der Regenerationsphase, wenn die alten Bäume entfernt werden und die neuen noch klein sind, bietet der Wald fast keinen Schutz und lässt die Straße hohen Energiewerten der Steine ausgesetzt. Der „Keine-Bewirtschaftung“-Ansatz begann stark, verlor aber über zwei Jahrhunderte hinweg langsam an Wirksamkeit, da der Wald alterte und die Baumdichte sank. Die Forscher merkten an, dass dieser Rückgang in der Realität sogar noch schlimmer ausfallen könnte, da das Modell keine plötzlichen Katastrophen wie Windstürme oder Insektenbefall berücksichtigte, die große Teile eines unbewirtschafteten Waldes vernichten könnten.

Das Selektions-Bewirtschaftungssystem erwies sich als die ausgewogenste und zuverlässigste Strategie. Obwohl es im letzten Jahr der Simulation nicht den absolut höchsten durchschnittlichen Schutz bot, bot es den stabilsten Schutz über die Zeit. Da diese Methode ein kontinuierliches Kronendach beibehält und keine großen Flächen rodet, durchläuft der Wald nie eine Phase, in der er gefährlich dünn besiedelt ist. Der Schutz bleibt stetig, mit weniger extremen Spitzen bei der Energie der auf die Straße treffenden Steine. Die Studie fand heraus, dass der Klimawandel die Rangfolge dieser Strategien nicht änderte; das Selektionssystem blieb unabhängig davon, ob das Klima gleich blieb oder sich erwärmte, die stabilste Option.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass für Gebirgswälder, in denen das primäre Ziel der Schutz der Infrastruktur vor Steinschlag ist, das Selektionssystem die beste langfristige Lösung darstellt. Es vermeidet die gefährlichen Lücken, die andere Methoden erzeugen, und erhält einen stetigen Schild gegen herabstürzende Steine. Während das Streckenverjüngungssystem nach zwei Jahrhunderten im Durchschnitt gut aussehen mag, machen seine Phasen der Verwundbarkeit es für kritische Infrastruktur riskant. Die Studie hob zudem hervor, dass der Klimawandel zwar beeinflusst, welche Bäume am besten wachsen, die Art und Weise, wie Menschen den Wald bewirtschaften, jedoch einen unmittelbareren und stärkeren Effekt auf die Struktur des Waldes und seine Fähigkeit, uns zu schützen, hat. Indem sie sich entscheiden, den Wald so zu bewirtschaften, dass eine kontinuierliche Deckung erhalten bleibt, können Forstwirte sicherstellen, dass diese natürlichen Barrieren über Generationen hinweg effektiv bleiben, selbst während sich das Klima um sie herum verändert.