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

Hoog in de bergen doen bossen meer dan alleen maar groeien; ze fungeren als levende schilden. Wanneer rotsen loskomen van steile kliffen, kunnen bomen deze tegenhouden, waardoor hun val wordt vertraagd of ze zelfs volledig opvangen voordat ze dorpen en wegen beneden bereiken. Deze beschermende functie is een cruciale dienst die bergbossen leveren, maar het is niet permanent. De bomen die deze schilden vormen, zijn levende wezens die groeien, verouderen en sterven, en hun vermogen om vallende rotsen te stoppen hangt af van hoeveel er zijn, hoe dik hun stammen zijn en welke soorten het zijn. Nu voegt een veranderend klimaat een nieuwe laag complexiteit toe. Warmer en droger weer kan bepaalde bomen onder druk zetten, terwijl menselijke beslissingen over het beheer van het bos — of er bomen worden gekapt, hoe ze worden gekapt, of dat ze met rust worden gelaten — zullen bepalen hoe het bos er decennia later uitziet. De vraag waar bosbeheerders voor staan is niet alleen hoe ze hout kunnen produceren, maar hoe ze deze natuurlijke barrières eeuwenlang effectief werkend kunnen houden, zelfs terwijl het klimaat verschuift en de bomen zelf veranderen.

In de Sloveense Alpen zette een team van onderzoekers zich af om deze vraag te beantwoorden door tweehonderd jaar in de toekomst te kijken. Ze richtten zich op een specifiek beschermingsbos boven de Ljubelj-pas, een vitale bergovergang tussen Slovenië en Oostenrijk. Dit bos, dat ongeveer 75 hectare beslaat, wordt momenteel gedomineerd door Europese beuken, met een significante aanwezigheid van de Noorse spar. De onderzoekers wilden zien hoe dit bos zou evolueren onder drie verschillende beheerstijlen: het bos volledig met rust laten, een selectiesysteem gebruiken waarbij individuele bomen worden verwijderd om een continu bladerdak te behouden, of een snoeiingssysteem (shelterwood) gebruiken waarbij secties van het bos in fasen worden vrijgemaakt om nieuwe groei te stimuleren. Ze wilden ook zien hoe deze resultaten zouden veranderen als het klimaat warmer en droger zou worden, zoals voor de regio wordt geprojecteerd. Om dit te doen, wachtten ze niet twee eeuwen; in plaats daarvan gebruikten ze krachtige computermodellen om de groei van het bos en de beweging van vallende rotsen over die hele periode te simuleren.

De onderzoekers gebruikten eerst een bosgroeimodel genaamd ForClim om te simuleren hoe de bomen zich zouden ontwikkelen. Ze voedden het model met gegevens uit een echte bosinventarisatie uit 2022, inclusief het aantal bomen, hun grootte en de aanwezige soorten. Vervolgens draaiden ze de simulatie 200 jaar vooruit onder verschillende scenario's: één scenario waarin het klimaat precies hetzelfde blijft als vandaag, en een ander scenario waarin een pad met hoge emissies wordt gevolgd dat de regio aanzienlijk warmer maakt. Binnen elk klimaatscenario pasten ze de drie verschillende beheerregels toe. Het model berekende hoe het bos zou veranderen in termen van boomdichtheid, de grootte van de stammen en de mix van soorten. In het scenario "geen beheer" werd het bos aan zijn lot overgelaten, waarbij het natuurlijk groeide en stierf. In het "selectie"-scenario zouden beheerders periodiek enkele bomen verwijderen om de bosstructuur divers en continu te houden. In het "shelterwood"-scenario zouden beheerders grotere percelen bomen in een cyclus verwijderen om nieuwe zaailingen de ruimte te geven om te groeien voordat de oude bomen worden verwijderd.

Zodra de computer de toekomstige bossen had gegenereerd, gaven de onderzoekers die gegevens door aan een tweede model genaamd Rockyfor3D. Dit model simuleert de fysica van vallende rotsen. Het neemt het terrein, het type gesteente en de bosstructuur — specifen de hoeveelheid bomen en de dikte van hun stammen — en berekent hoeveel energie een vallende rots heeft wanneer deze de grond raakt. Als een rots een boom raakt, verliest hij energie; als hij door een opening glipt, behoudt hij zijn snelheid. Door de energie van de rotsen in de verschillende toekomstige scenario's te vergelijken, konden de onderzoekers bepalen welke beheerstijl de beste bescherming bood. Ze keken naar de gemiddelde bescherming die het bos bood, maar ook naar de slechtste plekken waar rotsen nog steeds met hoge kracht zouden kunnen inslaan.

De simulaties toonden aan dat de keuze van de beheerstijl belangrijker was dan de klimaatverandering zelf voor de eerste 40 tot 60 jaar. Op de korte term term dicteerde hoe het bos werd beheerd hoe de bomen eruit zagen en hoe goed ze rotsen konden tegenhouden. Op de lange termijn begon het klimaat echter de samenstelling van het bos te hervormen. In alle scenario's nam de hoeveelheid beukenhout af. De Noorse spar, die gevoelig is voor droogte, presteerde verschillend afhankelijk van het beheer. In het onbeheerde bos nam de spar eigenlijk toe, waarschijnlijk omdat de oudere bomen die er al waren nog lang bleven groeien en overleefden. Maar in de beheerde bossen, vooral onder het opwarmende klimaat, nam de spar aanzienlijk af. In plaats daarvan zagen de beheerde bossen een toename van lichtminnende bomen, zoals lariks en dennen, en andere loofboomsoorten die gedijen in warmere omstandigheden.

Wat betreft de bescherming van de weg beneden, lieten de resultaten een duidelijke afweging zien tussen gemiddelde bescherming en consistentie. Het shelterwood-systeem, dat het kappen van grote bospercelen inhoudt, produceerde de sterkste gemiddelde bescherming na 200 jaar. Dit komt omdat het model aantoonde dat het bos uiteindelijk zeer dicht zou worden met jonge bomen. Echter, dit systeem had een groot gebrek: het creëerde perioden van zeer zwakke bescherming. Tijdens de regeneratiefase, wanneer de oude bomen worden verwijderd en de nieuwe nog klein zijn, biedt het bos bijna geen verdediging, waardoor de weg blootgesteld is aan rotsen met een hoge energie. De "geen beheer"-aanpak begon sterk, maar verloor langzaam haar effectiviteit over twee eeuwen naarmate het bos verouderde en de boomdichtheid afnam. De onderzoekers merkten op dat deze achteruitgang in de werkelijkheid nog erger zou kunnen zijn, aangezien het model geen rekening hield met plotselinge rampen zoals windstormen of insectenuitbraken die grote delen van een onbeheerd bos zouden kunnen wegvagen.

Het selectiebeheersysteem kwam naar voren als de meest gebalanceerde en betrouwbare strategie. Hoewel het niet de absoluut hoogste gemiddelde bescherming bood in het laatste jaar van de simulatie, bood het de meest stabiele bescherming over de tijd. Omdat deze methode een continu bladerdak behoudt en het vermijdt om grote gebieden te kappen, gaat het bos nooit door een fase waarin het gevaarlijk dun is. De bescherming blijft constant, met minder extreme pieken in de energie van inslaande rotsen op de weg. De studie vond dat klimaatverandering de rangorde van deze strategieën niet veranderde; het selectiesysteem bleef de meest stabiele optie, ongeacht of het klimaat hetzelfde bleef of opwarmde.

De onderzoekers concludeerden dat voor bergbossen waar het primaire doel is om infrastructuur te beschermen tegen steenslag, het selectiesysteem de beste langetermijnoplossing biedt. Het vermijdt de gevaarlijke gaten die door andere methoden worden gecreëerd en handhaaft een gestage bescherming tegen vallende rotsen. Hoewel het shelterwood-systeem er gemiddeld gezien goed uit kan zien na twee eeuwen, maken de perioden van kwetsbaarheid het risicovol voor kritieke infrastructuur. De studie benadrukte ook dat hoewel klimaatverandering zal veranderen welke bomen het best groeien, de manier waarop mensen het bos beheren een directer en krachtiger effect heeft op de structuur van het bos en het vermogen om ons te beschermen. Door te kiezen voor een beheer waarbij een continu dek wordt behouden, kunnen bosbeheerders ervoor zorgen dat deze natuurlijke barrières effectief blijven voor generaties, zelfs terwijl het klimaat om hen heen verandert.