Universiẗat, Diss., 2007--Kassel.

Zugleich: Diss. Nr. 16638 techn. Wiss. EZH Zürich. / Diss. Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich, Nr. 16638, 2006. Literaturverz.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Dresden.

Essen, University, Diss., 2005--Duisburg.

Bezüglich des Waldes hat sich in den letzten Jahren seitens der Politik und Wirtschaft ein steigender Informationsbedarf entwickelt. Zur Bereitstellung dieses Bedarfes stellt die Fernerkundung ein wichtiges Hilfsmittel dar, mit dem sich flächendeckende Datengrundlagen erstellen lassen. Die k-nächsten-Nachbarn-Methode (kNN-Methode), die terrestrische Aufnahmen mit Fernerkundungsdaten kombiniert, stellt eine Möglichkeit dar, diese Datengrundlage mit Hilfe der Fernerkundung zu verwirklichen. Deshalb beschäftigt sich die vorliegende Dissertation eingehend mit der kNN-Methode. An Hand der zwei Merkmale Grundfläche (metrische Daten) und Totholz (kategoriale Daten) wurden umfangreiche Berechnungen durchgeführt, wobei verschiedenste Variationen der kNN-Methode berücksichtigt wurden. Diese Variationen umfassen verschiedenste Einstellungen der Distanzfunktion, der Wichtungsfunktion und der Anzahl k-nächsten Nachbarn. Als Fernerkundungsdatenquellen kamen Landsat- und Hyperspektraldaten zum Einsatz, die sich sowohl von ihrer spektralen wie auch ihrer räumlichen Auflösung unterscheiden. Mit Hilfe von Landsat-Szenen eines Gebietes von verschiedenen Zeitpunkten wurde außerdem der multitemporale Ansatz berücksichtigt. Die terrestrische Datengrundlage setzt sich aus Feldaufnahmen mit verschiedenen Aufnahmedesigns zusammen, wobei ein wichtiges Kriterium die gleichmäßige Verteilung von Merkmalswerten (z.B. Grundflächenwerten) über den Merkmalsraum darstellt. Für die Durchführung der Berechnungen wurde ein Programm mit Visual Basic programmiert, welches mit der Integrierung aller Funktionen auf der Programmoberfläche eine benutzerfreundliche Bedienung ermöglicht. Die pixelweise Ausgabe der Ergebnisse mündete in detaillierte Karten und die Verifizierung der Ergebnisse wurde mit Hilfe des prozentualen Root Mean Square Error und der Bootstrap-Methode durchgeführt. Die erzielten Genauigkeiten für das Merkmal Grundfläche liegen zwischen 35 % und 67 % (Landsat) bzw. zwischen 65 % und 67 % (HyMapTM). Für das Merkmal Totholz liegen die Übereinstimmungen zwischen den kNN-Schätzern und den Referenzwerten zwischen 60,0 % und 73,3 % (Landsat) und zwischen 60,0 % und 63,3 % (HyMapTM). Mit den erreichten Genauigkeiten bietet sich die kNN-Methode für die Klassifizierung von Beständen bzw. für die Integrierung in Klassifizierungsverfahren an. / Mapping forest variables and associated characteristics is fundamental for forest planning and management. The following work describes the k-nearest neighbors (kNN) method for improving estimations and to produce maps for the attributes basal area (metric data) and deadwood (categorical data). Several variations within the kNN-method were tested, including: distance metric, weighting function and number of neighbors. As sources of remote sensing Landsat TM satellite images and hyper spectral data were used, which differ both from their spectral as well as their spatial resolutions. Two Landsat scenes from the same area acquired September 1999 and 2000 regard multiple approaches. The field data for the kNN- method comprise tree field measurements which were collected from the test site Tharandter Wald (Germany). The three field data collections are characterized by three different designs. For the kNN calculation a program with integration all kNN functions were developed. The relative root mean square errors (RMSE) and the Bootstrap method were evaluated in order to find optimal parameters. The estimation accuracy for the attribute basal area is between 35 % and 67 % (Landsat) and 65 % and 67 % (HyMapTM). For the attribute deadwood is the accuracy between 60 % and 73 % (Landsat) and 60 % and 63 % (HyMapTM). Recommendations for applying the kNN method for mapping and regional estimation are provided.

Bezüglich des Waldes hat sich in den letzten Jahren seitens der Politik und Wirtschaft ein steigender Informationsbedarf entwickelt. Zur Bereitstellung dieses Bedarfes stellt die Fernerkundung ein wichtiges Hilfsmittel dar, mit dem sich flächendeckende Datengrundlagen erstellen lassen. Die k-nächsten-Nachbarn-Methode (kNN-Methode), die terrestrische Aufnahmen mit Fernerkundungsdaten kombiniert, stellt eine Möglichkeit dar, diese Datengrundlage mit Hilfe der Fernerkundung zu verwirklichen. Deshalb beschäftigt sich die vorliegende Dissertation eingehend mit der kNN-Methode. An Hand der zwei Merkmale Grundfläche (metrische Daten) und Totholz (kategoriale Daten) wurden umfangreiche Berechnungen durchgeführt, wobei verschiedenste Variationen der kNN-Methode berücksichtigt wurden. Diese Variationen umfassen verschiedenste Einstellungen der Distanzfunktion, der Wichtungsfunktion und der Anzahl k-nächsten Nachbarn. Als Fernerkundungsdatenquellen kamen Landsat- und Hyperspektraldaten zum Einsatz, die sich sowohl von ihrer spektralen wie auch ihrer räumlichen Auflösung unterscheiden. Mit Hilfe von Landsat-Szenen eines Gebietes von verschiedenen Zeitpunkten wurde außerdem der multitemporale Ansatz berücksichtigt. Die terrestrische Datengrundlage setzt sich aus Feldaufnahmen mit verschiedenen Aufnahmedesigns zusammen, wobei ein wichtiges Kriterium die gleichmäßige Verteilung von Merkmalswerten (z.B. Grundflächenwerten) über den Merkmalsraum darstellt. Für die Durchführung der Berechnungen wurde ein Programm mit Visual Basic programmiert, welches mit der Integrierung aller Funktionen auf der Programmoberfläche eine benutzerfreundliche Bedienung ermöglicht. Die pixelweise Ausgabe der Ergebnisse mündete in detaillierte Karten und die Verifizierung der Ergebnisse wurde mit Hilfe des prozentualen Root Mean Square Error und der Bootstrap-Methode durchgeführt. Die erzielten Genauigkeiten für das Merkmal Grundfläche liegen zwischen 35 % und 67 % (Landsat) bzw. zwischen 65 % und 67 % (HyMapTM). Für das Merkmal Totholz liegen die Übereinstimmungen zwischen den kNN-Schätzern und den Referenzwerten zwischen 60,0 % und 73,3 % (Landsat) und zwischen 60,0 % und 63,3 % (HyMapTM). Mit den erreichten Genauigkeiten bietet sich die kNN-Methode für die Klassifizierung von Beständen bzw. für die Integrierung in Klassifizierungsverfahren an. / Mapping forest variables and associated characteristics is fundamental for forest planning and management. The following work describes the k-nearest neighbors (kNN) method for improving estimations and to produce maps for the attributes basal area (metric data) and deadwood (categorical data). Several variations within the kNN-method were tested, including: distance metric, weighting function and number of neighbors. As sources of remote sensing Landsat TM satellite images and hyper spectral data were used, which differ both from their spectral as well as their spatial resolutions. Two Landsat scenes from the same area acquired September 1999 and 2000 regard multiple approaches. The field data for the kNN- method comprise tree field measurements which were collected from the test site Tharandter Wald (Germany). The three field data collections are characterized by three different designs. For the kNN calculation a program with integration all kNN functions were developed. The relative root mean square errors (RMSE) and the Bootstrap method were evaluated in order to find optimal parameters. The estimation accuracy for the attribute basal area is between 35 % and 67 % (Landsat) and 65 % and 67 % (HyMapTM). For the attribute deadwood is the accuracy between 60 % and 73 % (Landsat) and 60 % and 63 % (HyMapTM). Recommendations for applying the kNN method for mapping and regional estimation are provided.

The presented thesis investigates the role of bryophytes in the deadwood and carbon (C) cycle of boreal black spruce forests in Labrador, Canada. All major forest C pools (live-tree, standing and downed deadwood, organic layer, mineral soil) were quantified for three old-growth, nine clearcut harvested, and three burned forest stands in order to characterize forest C dynamics of a high-latitude humid boreal forest ecosystem. Tree and aboveground deadwood C dynamics of Labrador black spruce forests were similar to those of drier or warmer boreal forests. However, due to bryophyte-driven processes such as woody debris (WD) burial and paludification, the studied forests contained high organic layer, mineral soil, and buried wood C stocks. The comprehensive field-measured data on C stocks was used to evaluate the CBM-CFS3, a Canadian national-scale C budget model, with respect to its applicability to Labrador black spruce and humid boreal forests elsewhere. After selected biomass estimation and deadwood decay parameters had been adjusted, the CBM-CFS3 represented measured live-tree and aboveground deadwood C dynamics well. The CBM-CFS3 was initially designed for well-drained upland forests and does not reflect processes associated with bryophytes and high forest floor moisture content, thus not capturing the large amounts of buried wood and mineral soil C observed in the studied forests. Suggestions are made for structural changes to the CBM-CFS3 and other forest ecosystem C models to more adequately represent the bryophyte-regulated accumulation of buried wood, organic layer, and mineral soil C. Accuracy of forest C models could be further improved by differentiating WD decomposition rates by disturbance history, because WD respiration reflects disturbance-induced changes in temperature and moisture regimes. In Labrador, WD respiration was limited by low WD moisture levels and high temperatures in burned stands, and by high WD moisture contents and low temperatures in old-growth stands. Following harvesting, residual vegetation prevents the desiccation of WD, resulting in significantly higher WD respiration compared to old-growth and burned stands. Moreover, the bryophyte layer recovers faster following harvest than following fire, which reduces WD desiccation due to moisture retention, water transfer, and moisture-induced cooling and results in higher WD decomposition rates. Bryophytes are thus a key driver of the deadwood and C cycle of humid boreal Labrador black spruce forests. The author recommends to classify these and similar boreal forests as a functional ecosystem group called “humid boreal forests”, preliminarily defined as “boreal forest ecosystems featuring a bryophyte-dominated ground vegetation layer associated with low soil temperatures, high moisture levels, low dead organic matter decomposition rates, and subsequently (in the absence of stand-replacing disturbances) an accumulation of buried wood embedded in a thick organic layer”. Bryophytes are also an integral component of many coniferous forests outside the boreal biome. Bryophyte-regulated processes such as WD burial or paludification are thus likely significant to the global C cycle. The potential climate change-induced release of large amounts of CO2 from buried wood and soil C pools necessitates an increased understanding of how bryophyte productivity and decomposition constraints will change with increasing temperature and varying moisture regimes. Ecosystems such as humid boreal forests with potentially high C losses to the atmosphere may thus be identified and counteractive forest management strategies can be developed and implemented. / Cette thèse de doctorat s’intéresse à l’influence qu’exercent les mousses sur les cycles du bois mort et du carbone (C) dans des pessières noires boréales humides du Labrador, Canada. Toutes les réservoirs majeurs de C (arbres vivants, bois mort sur pied et effondré, l’horizon de matière organique, sol minéral) de trois pessières vierges, neuf coupes à blanc et de trois pessières brûlées ont été quantifiés pour caractériser le cycle du C des forêts humides boréales du nord. Les dynamismes de C des arbres vivants et du bois mort supraterrestre ressemblaient à ceux des forêts boréales plus sèches ou aux températures plus chaudes. À cause des processus régulés par les mousses (l’enterrement du bois mort ou la paludification), les forêts étudiées contenaient des stocks élevés de C au sein de l’horizon de matière organique, le sol minéral et le bois enterré. Les données ont aussi été utilisées pour évaluer le MBC-SFC3, un modèle national canadien du bilan du C, concernant son applicabilité aux pessières boréales humides de Labrador et d’ailleurs. Suite à l’ajustement de quelques paramètres, p.ex. des taux de décomposition, le MBC-SFC3 reproduisait bien le dynamisme mesuré des arbres vivants et du bois mort supraterrestre. Le MBC-SFC3 a initialement été développé pour les sites bien drainés et ne considère pas les processus associés avec les mousses ou l’humidité élevée du sol. Conséquemment, le MBC-SFC3 ne représentait pas les stocks élevés de C mesurés pour le bois enterré et pour le sol. Les modifications structurelles du MBC-SFC3 et d’autres modèles du C forestier sont nécessaires pour représenter adéquatement l’accumulation du C au sein de ces réservoirs. La précision des modèles du C forestier pourrait encore être améliorée par une différenciation des taux de décomposition selon le régime de perturbations, parce que la respiration du bois mort reflète les changements de la température et d’humidité associés avec une perturbation spécifique. Dans les pessières brûlés du Labrador, la respiration du bois mort était limitée par a faible humidité du bois et des températures élevées; dans les pessières vierges, par l’humidité élevée du bois et des températures basses. Dans les coupes à blanc, la végétation résiduelle empêchait le dessèchement du bois mort. Il s’y ensuivit que la respiration du bois mort y est nettement plus élevée en comparaison avec des pessières brûlés ou vierges. La décomposition du bois mort après coupe à blanc est aussi favorisée par la récupération plus rapide de la couche de mousses, diminuant conséquemment le dessèchement du bois mort par la conservation d’humidité, les transports vertical et horizontale d’eau et le refroidissement induit par l’humidité. Ainsi, les mousses sont les facteurs clés dans les cycles du bois mort et du C des pessières noires boréales au Labrador. L’auteur préconise la classification de ces pessières et des forêts semblables comme un groupe fonctionnel d’écosystèmes nommé : « pessières boréales humides » ; provisoirement définies comme « des écosystèmes forestiers avec une végétation terrestre dominée par les mousses et par conséquent associée avec des températures basses du sol, une humidité élevée, des taux de décomposition faibles et (en l’absence de perturbations) l’accumulation du bois enterré dans des couches organiques epaisses ». En outre, les mousses sont des éléments principaux des nombreuses forêts résineuses n’appartenant pas au biome boréal. Les processus régulés par les mousses tels l’enterrement du bois mort ou la paludification sont probablement importants pour le cycle global de C. La libération potentielle de grandes quantités de CO2 des réservoirs « bois enterré » et « sol » à la suite des changements climatiques exige une meilleure compréhension des transformations de la productivité des mousses et des limitations de la décomposition dues aux températures plus élevées et au taux d’humidités variables. Ainsi, les écosystèmes aux pertes potentielles de C élevées (p.ex. les pessières boréales humides) peuvent être identifiés et des mesures d’aménagement antagonistes peuvent être développées et implémentées. Traduction assistée par : Karl-Heinrich von Bothmer, Géry van der Kelen / Die vorliegende Arbeit untersucht die Einflüsse von Moosen auf den Totholz- und Kohlenstoff-(C)-Kreislauf in borealen Schwarzfichtenwäldern in Labrador, Kanada. Um den C-Kreislauf dieses humiden borealen Waldökosystems zu charakterisieren, wurden alle bedeutenden C-Speicher (lebende Bäume, stehendes und liegendes Totholz, organische Auflage, Mineralboden) von drei Primärwald-, neun Kahlschlags- und drei Brandflächen quantifiziert. Die C-Dynamiken der Bäume und des oberiridischen Totholzes der Untersuchungsflächen ähnelten denen von trockeneren und/oder wärmeren borealen Wäldern, während die organische Auflage, der Mineralboden und das begrabene Totholz bedingt durch von Moosen regulierte Prozesse wie Totholzeinlagerung und Paludifizierung besonders hohe C-Vorräte aufwiesen. Mit dem umfangreichen C-Datensatz wurde das CBM-CFS3, das nationale kanadische C-Modell, am Beispiel Labradors im Hinblick auf seine Anwendbarkeit in humiden borealen Wäldern evaluiert. Nach Anpassung ausgewählter Parameter, z.B. der Totholzabbauraten, wurden die gemessenen C-Dynamiken der Bäume und des oberiridischen Totholzes vom Modell abgebildet. Das CBM-CFS3 wurde ursprünglich für staunässefreie, terrestrische Waldstandorte entwickelt und berücksichtigt keine mit Moosen oder hoher Bodenfeuchte assoziierten Prozesse, so dass es die hohen C-Vorräte des begrabenen Totholzes und des Bodens nicht widerspiegelte. Eine adäquate Abbildung der Akkumulation von C in diesen Speichern erfordert strukturelle Änderungen des CBM-CFS3 und anderer Wald-C-Modelle. Die Genauigkeit von Wald-C-Modellen könnte darüber hinaus durch eine Differenzierung der Totholzabbauraten in Abhängigkeit vom Störungsregime verbessert werden, da störungsspezifische Veränderungen von Temperatur und Feuchte von der Totholzatmung widergespiegelt werden. Im Untersuchungsgebiet limitierten geringe Holzfeuchten und hohe Holztemperaturen die Totholzatmung auf Brandflächen. In Primärwäldern wirkten dagegen hohe Holzfeuchten und geringe Holztemperaturen hemmend. Auf Kahlschlägen verhinderte die verbleibende Vegetation die Austrockung des Totholzes, was zu signifikant erhöhten Atmungsraten im Vergleich zu Brand- und Primärwaldflächen führte. Zudem wird der Totholzabbau auf Kahlschlen durch eine schnellere Erholung der Moosdecke als auf Brandflächen gefördert, da Moose durch ihr hohes Wasserspeichervermögen, vertikalen und horizontalen Wassertransport und feuchte-induzierte Kühlung der Austrockung des Totholzes entgegenwirken. Moose sind somit ein Schlüsselfaktor im Totholz- und C-Kreislauf der humiden borealen Schwarzfichtenwälder Labradors. Die Autorin empfiehlt die Klassifikation dieser und ähnlicher borealer Wälder als eine funktionelle Ökosystemgruppe namens “humid boreal forests”; vorläufig definiert als “boreale Waldökosysteme mit durch Moose dominierter Bodenvegetation und damit assoziierten niedrigen Bodentemperaturen, hohen Bodenfeuchten, geringen Abbauraten und (in Abwesenheit großflächiger Störungen) der Akkumulation von begrabenem Totholz in mächtigen organischen Auflagen”. Auch außerhalb des borealen Bioms sind Moose ein wesentlicher Bestandteil vieler Nadelwälder. Durch Moose regulierte Prozesse wie Totholzeinlagerung und Paludifizierung sind daher wahrscheinlich relevant für den globalen C-Kreislauf. Die durch den Klimawandel bedingte potentielle Freisetzung von großen Mengen CO2 aus begrabenem Totholz und dem Boden macht ein besseres Verständnis der zu erwartenden Veränderungen von Mooswachstum und Abbauhemmnissen als Folge erhöhter Temperaturen und variabler Feuchteverhältnisse erforderlich. Somit können Ökosysteme mit potentiell hohen C-Verlusten, wie z.B. humide boreale Wälder, identifiziert und diesen entgegenwirkende Bewirtschaftungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt werden.

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The presented thesis investigates the role of bryophytes in the deadwood and carbon (C) cycle of boreal black spruce forests in Labrador, Canada. All major forest C pools (live-tree, standing and downed deadwood, organic layer, mineral soil) were quantified for three old-growth, nine clearcut harvested, and three burned forest stands in order to characterize forest C dynamics of a high-latitude humid boreal forest ecosystem. Tree and aboveground deadwood C dynamics of Labrador black spruce forests were similar to those of drier or warmer boreal forests. However, due to bryophyte-driven processes such as woody debris (WD) burial and paludification, the studied forests contained high organic layer, mineral soil, and buried wood C stocks. The comprehensive field-measured data on C stocks was used to evaluate the CBM-CFS3, a Canadian national-scale C budget model, with respect to its applicability to Labrador black spruce and humid boreal forests elsewhere. After selected biomass estimation and deadwood decay parameters had been adjusted, the CBM-CFS3 represented measured live-tree and aboveground deadwood C dynamics well. The CBM-CFS3 was initially designed for well-drained upland forests and does not reflect processes associated with bryophytes and high forest floor moisture content, thus not capturing the large amounts of buried wood and mineral soil C observed in the studied forests. Suggestions are made for structural changes to the CBM-CFS3 and other forest ecosystem C models to more adequately represent the bryophyte-regulated accumulation of buried wood, organic layer, and mineral soil C. Accuracy of forest C models could be further improved by differentiating WD decomposition rates by disturbance history, because WD respiration reflects disturbance-induced changes in temperature and moisture regimes. In Labrador, WD respiration was limited by low WD moisture levels and high temperatures in burned stands, and by high WD moisture contents and low temperatures in old-growth stands. Following harvesting, residual vegetation prevents the desiccation of WD, resulting in significantly higher WD respiration compared to old-growth and burned stands. Moreover, the bryophyte layer recovers faster following harvest than following fire, which reduces WD desiccation due to moisture retention, water transfer, and moisture-induced cooling and results in higher WD decomposition rates. Bryophytes are thus a key driver of the deadwood and C cycle of humid boreal Labrador black spruce forests. The author recommends to classify these and similar boreal forests as a functional ecosystem group called “humid boreal forests”, preliminarily defined as “boreal forest ecosystems featuring a bryophyte-dominated ground vegetation layer associated with low soil temperatures, high moisture levels, low dead organic matter decomposition rates, and subsequently (in the absence of stand-replacing disturbances) an accumulation of buried wood embedded in a thick organic layer”. Bryophytes are also an integral component of many coniferous forests outside the boreal biome. Bryophyte-regulated processes such as WD burial or paludification are thus likely significant to the global C cycle. The potential climate change-induced release of large amounts of CO2 from buried wood and soil C pools necessitates an increased understanding of how bryophyte productivity and decomposition constraints will change with increasing temperature and varying moisture regimes. Ecosystems such as humid boreal forests with potentially high C losses to the atmosphere may thus be identified and counteractive forest management strategies can be developed and implemented. / Cette thèse de doctorat s’intéresse à l’influence qu’exercent les mousses sur les cycles du bois mort et du carbone (C) dans des pessières noires boréales humides du Labrador, Canada. Toutes les réservoirs majeurs de C (arbres vivants, bois mort sur pied et effondré, l’horizon de matière organique, sol minéral) de trois pessières vierges, neuf coupes à blanc et de trois pessières brûlées ont été quantifiés pour caractériser le cycle du C des forêts humides boréales du nord. Les dynamismes de C des arbres vivants et du bois mort supraterrestre ressemblaient à ceux des forêts boréales plus sèches ou aux températures plus chaudes. À cause des processus régulés par les mousses (l’enterrement du bois mort ou la paludification), les forêts étudiées contenaient des stocks élevés de C au sein de l’horizon de matière organique, le sol minéral et le bois enterré. Les données ont aussi été utilisées pour évaluer le MBC-SFC3, un modèle national canadien du bilan du C, concernant son applicabilité aux pessières boréales humides de Labrador et d’ailleurs. Suite à l’ajustement de quelques paramètres, p.ex. des taux de décomposition, le MBC-SFC3 reproduisait bien le dynamisme mesuré des arbres vivants et du bois mort supraterrestre. Le MBC-SFC3 a initialement été développé pour les sites bien drainés et ne considère pas les processus associés avec les mousses ou l’humidité élevée du sol. Conséquemment, le MBC-SFC3 ne représentait pas les stocks élevés de C mesurés pour le bois enterré et pour le sol. Les modifications structurelles du MBC-SFC3 et d’autres modèles du C forestier sont nécessaires pour représenter adéquatement l’accumulation du C au sein de ces réservoirs. La précision des modèles du C forestier pourrait encore être améliorée par une différenciation des taux de décomposition selon le régime de perturbations, parce que la respiration du bois mort reflète les changements de la température et d’humidité associés avec une perturbation spécifique. Dans les pessières brûlés du Labrador, la respiration du bois mort était limitée par a faible humidité du bois et des températures élevées; dans les pessières vierges, par l’humidité élevée du bois et des températures basses. Dans les coupes à blanc, la végétation résiduelle empêchait le dessèchement du bois mort. Il s’y ensuivit que la respiration du bois mort y est nettement plus élevée en comparaison avec des pessières brûlés ou vierges. La décomposition du bois mort après coupe à blanc est aussi favorisée par la récupération plus rapide de la couche de mousses, diminuant conséquemment le dessèchement du bois mort par la conservation d’humidité, les transports vertical et horizontale d’eau et le refroidissement induit par l’humidité. Ainsi, les mousses sont les facteurs clés dans les cycles du bois mort et du C des pessières noires boréales au Labrador. L’auteur préconise la classification de ces pessières et des forêts semblables comme un groupe fonctionnel d’écosystèmes nommé : « pessières boréales humides » ; provisoirement définies comme « des écosystèmes forestiers avec une végétation terrestre dominée par les mousses et par conséquent associée avec des températures basses du sol, une humidité élevée, des taux de décomposition faibles et (en l’absence de perturbations) l’accumulation du bois enterré dans des couches organiques epaisses ». En outre, les mousses sont des éléments principaux des nombreuses forêts résineuses n’appartenant pas au biome boréal. Les processus régulés par les mousses tels l’enterrement du bois mort ou la paludification sont probablement importants pour le cycle global de C. La libération potentielle de grandes quantités de CO2 des réservoirs « bois enterré » et « sol » à la suite des changements climatiques exige une meilleure compréhension des transformations de la productivité des mousses et des limitations de la décomposition dues aux températures plus élevées et au taux d’humidités variables. Ainsi, les écosystèmes aux pertes potentielles de C élevées (p.ex. les pessières boréales humides) peuvent être identifiés et des mesures d’aménagement antagonistes peuvent être développées et implémentées. Traduction assistée par : Karl-Heinrich von Bothmer, Géry van der Kelen / Die vorliegende Arbeit untersucht die Einflüsse von Moosen auf den Totholz- und Kohlenstoff-(C)-Kreislauf in borealen Schwarzfichtenwäldern in Labrador, Kanada. Um den C-Kreislauf dieses humiden borealen Waldökosystems zu charakterisieren, wurden alle bedeutenden C-Speicher (lebende Bäume, stehendes und liegendes Totholz, organische Auflage, Mineralboden) von drei Primärwald-, neun Kahlschlags- und drei Brandflächen quantifiziert. Die C-Dynamiken der Bäume und des oberiridischen Totholzes der Untersuchungsflächen ähnelten denen von trockeneren und/oder wärmeren borealen Wäldern, während die organische Auflage, der Mineralboden und das begrabene Totholz bedingt durch von Moosen regulierte Prozesse wie Totholzeinlagerung und Paludifizierung besonders hohe C-Vorräte aufwiesen. Mit dem umfangreichen C-Datensatz wurde das CBM-CFS3, das nationale kanadische C-Modell, am Beispiel Labradors im Hinblick auf seine Anwendbarkeit in humiden borealen Wäldern evaluiert. Nach Anpassung ausgewählter Parameter, z.B. der Totholzabbauraten, wurden die gemessenen C-Dynamiken der Bäume und des oberiridischen Totholzes vom Modell abgebildet. Das CBM-CFS3 wurde ursprünglich für staunässefreie, terrestrische Waldstandorte entwickelt und berücksichtigt keine mit Moosen oder hoher Bodenfeuchte assoziierten Prozesse, so dass es die hohen C-Vorräte des begrabenen Totholzes und des Bodens nicht widerspiegelte. Eine adäquate Abbildung der Akkumulation von C in diesen Speichern erfordert strukturelle Änderungen des CBM-CFS3 und anderer Wald-C-Modelle. Die Genauigkeit von Wald-C-Modellen könnte darüber hinaus durch eine Differenzierung der Totholzabbauraten in Abhängigkeit vom Störungsregime verbessert werden, da störungsspezifische Veränderungen von Temperatur und Feuchte von der Totholzatmung widergespiegelt werden. Im Untersuchungsgebiet limitierten geringe Holzfeuchten und hohe Holztemperaturen die Totholzatmung auf Brandflächen. In Primärwäldern wirkten dagegen hohe Holzfeuchten und geringe Holztemperaturen hemmend. Auf Kahlschlägen verhinderte die verbleibende Vegetation die Austrockung des Totholzes, was zu signifikant erhöhten Atmungsraten im Vergleich zu Brand- und Primärwaldflächen führte. Zudem wird der Totholzabbau auf Kahlschlen durch eine schnellere Erholung der Moosdecke als auf Brandflächen gefördert, da Moose durch ihr hohes Wasserspeichervermögen, vertikalen und horizontalen Wassertransport und feuchte-induzierte Kühlung der Austrockung des Totholzes entgegenwirken. Moose sind somit ein Schlüsselfaktor im Totholz- und C-Kreislauf der humiden borealen Schwarzfichtenwälder Labradors. Die Autorin empfiehlt die Klassifikation dieser und ähnlicher borealer Wälder als eine funktionelle Ökosystemgruppe namens “humid boreal forests”; vorläufig definiert als “boreale Waldökosysteme mit durch Moose dominierter Bodenvegetation und damit assoziierten niedrigen Bodentemperaturen, hohen Bodenfeuchten, geringen Abbauraten und (in Abwesenheit großflächiger Störungen) der Akkumulation von begrabenem Totholz in mächtigen organischen Auflagen”. Auch außerhalb des borealen Bioms sind Moose ein wesentlicher Bestandteil vieler Nadelwälder. Durch Moose regulierte Prozesse wie Totholzeinlagerung und Paludifizierung sind daher wahrscheinlich relevant für den globalen C-Kreislauf. Die durch den Klimawandel bedingte potentielle Freisetzung von großen Mengen CO2 aus begrabenem Totholz und dem Boden macht ein besseres Verständnis der zu erwartenden Veränderungen von Mooswachstum und Abbauhemmnissen als Folge erhöhter Temperaturen und variabler Feuchteverhältnisse erforderlich. Somit können Ökosysteme mit potentiell hohen C-Verlusten, wie z.B. humide boreale Wälder, identifiziert und diesen entgegenwirkende Bewirtschaftungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt werden.

Im ersten Teil meiner Arbeit habe ich den Einfluss von Seeentstehung und fischereilicher Bewirtschaftung auf Artenreichtum und Zusammensetzung der Fischgemeinschaften in kleinen Seen untersucht. Dafür habe ich fischereilich ungenutzte Naturseen als Referenz herangezogen und deren Fischgemeinschaft mit der von unbewirtschafteten Baggerseen, sowie fischereilich genutzten Baggerseen und Naturseen verglichen. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich die Mechanismen der Totholzrekrutierung in Baggerseen untersucht und die Wichtigkeit von Totholz und anderen Litoralstrukturen im Vergleich zu den klassischen Seenvariablen Nährstoffgehalt und Seemorphologie auf die Fischabundanz im Litoral analysiert. Des Weiteren habe ich die Habitat-spezifischen Effekte auf die artspezifische, litorale Fischabundanz und die Effekte von zusätzlich eingebrachten Totholzbündeln auf die Abundanz typischer Fischarten in Baggerseen analysiert. Ich habe herausgefunden, dass fischereiliche Bewirtschaftung die Anzahl der Fischarten in Bagger- und Naturseen erhöht ohne die Zusammensetzung der Fischgemeinschaft im Vergleich zu fischereilich ungenutzten Naturseen signifikant zu verändern. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Fischgemeinschaft in fischereilich ungenutzten Baggerseen durch das Fehlen von typischen Seefischarten und eine hohe Variabilität in der Zusammensetzung zwischen den Gewässern. Ich konnte zeigen, dass die litorale Totholzmenge in Baggerseen durch die Baumdichte am Ufer in Kombination mit der Windrichtung, durch fischereiliche Bewirtschaftung in Interaktion mit der Uferneigung und das Alter der Gewässer getrieben wird und entsprechend in jungen Baggerseen niedriger ist als in alten Naturseen. Ich fand heraus, dass Litoralstrukturen, wie Totholz, wertvolle Lebensräume darstellen, wichtige Deskriptoren der art-spezifischen, litoralen Fischabundanz sind und die Fischabundanz grundsätzlich mit der Strukturmenge ansteigt. / In the first part of my thesis, I studied the effects of lake genesis and fisheries management on fish species richness and community composition in small lakes. I used fish communities in unmanaged natural lakes as reference and compared them to unmanaged gravel pit lakes as well as managed gravel pit and natural lakes. In the second part, I investigated the recruitment of littoral deadwood in gravel pit lakes and analysed the importance of deadwood and other littoral structures on littoral fish abundance in gravel pit lakes compared to the lake environmental variables such as nutrient level and lake morphology. I further analysed habitat-specific effects on species-specific littoral fish abundance and focussed explicitly on the effects of deadwood bundles implemented in the littoral zone. I found fisheries management to increase the number of fish species in gravel pit and natural lakes, but not leading to different fish community compositions compared to unmanaged natural lakes. By contrast, unmanaged gravel pit lakes were characterized by a lack of typical lake fish species and a high variation in fish community composition among lakes (β-diversity). I detected littoral deadwood densities in gravel pit lakes to be mainly driven by lake age, riparian tree density in interaction with wind direction and littoral slope in angler-managed lakes, with lowest deadwood densities in shallow areas of angler-managed lakes. Furthermore, deadwood densities were lower in young gravel pit lakes compared to old natural lakes. I detected littoral structures, such as littoral deadwood, as appropriate habitats and important descriptors of the species-specific, littoral fish abundance in gravel pit lakes with generally positive effects of structure extension on fish abundance. Littoral habitat characteristics were mostly of similar, or even higher, importance for fish abundance compared to lake environmental factors.