In der vorliegenden Arbeit wurde das Wachstum von Bergahorn und Buche mit dendroökologischen Methoden untersucht. Dies geschah vor dem Hintergrund der Ausbreitung des Bergahorns und der Eutrophierung der Landschaft. Die daran anknüpfende Fragestellung ist: Begünstigt Eutrophierung den Bergahorn? Die Untersuchung fand in einem Waldstück in Mecklenburg-Vorpommern statt. Dabei wurden von 42 Bergahornen und 38 Buchen Bohrkerne für die Vermessung der Jahrringe genommen. Weiterhin wurde neben jedem beprobten Baum das C/N-Verhältnis des Oberbodens bestimmt (n=80). Die Auswertung der Daten erfolgte durch drei Ansätze: 1.) Der Einfluss einer Hähnchenmastanlage auf beide Baumarten wurde untersucht. 2.) Die Beziehung zwischen dem C/N-Verhältnis des Bodens und dem Wachstum der Bäume wurde verglichen. 3.) Auf unterschiedlichen Standorten (C/N-Verhältnis) wurde die Abhängigkeit des Wachstums der Bäume vom Klima untersucht. Dabei wurde die Reaktion der beiden Arten auf das Klima verglichen. Die deutlichsten Ergebnisse wurden durch den zweiten Ansatz erzielt. Das C/N-Verhältnis des oberen Bodens lag zwischen 12,4 und 17,4. In diesem Bereich wurde eine positive Korrelation zwischen dem C/N-Verhältnis des Bodens und dem Wachstum der Bäume festgestellt. Die Ergebnisse deuten auf eine Schädigung der beiden Arten durch Stickstoff hin, welche beim Bergahorn (R² = 0,30) stärker als bei der Buche (R² = 0,18) ausgeprägt ist. Daraus folgt, dass der Bergahorn durch die Eutrophierung geschwächt wird. Ein Einfluss der Mastanlage auf das Wachstum der Bäume wurde nicht festgestellt. Auf das Klima reagierten beiden Arten ähnlich. Es bestand ein positiver Zusammenhang zwischen dem Niederschlag und dem Wachstum der Bäume. Der Einfluss des Standorts auf die Klimareaktion der Bäume war uneindeutig. / Within this thesis the growth of sycamore (Acer pseudoplatanus L.) and beech (Fagus sylvatica L.) was investigated by applying dendroecological methods. The overall idea derived from the distribution of sycamore and the eutrophication of the environment leading to the question whether eutrophication promotes the spread of sycamore. The investigated forest was located in Mecklenburg-Vorpommern. To inspect the annual rings of the trees 42 samples were taken off the trunk of sycamore while 38 samples were gathered from beech. Apart from that the ratio of carbon and nitrogen within the topsoil of every single tree was analysed (n=80). The evaluation of the data employed three approaches. 1.) The impact of a poultry farm on both species was investigated. 2.) The relation of the C/N-ratio of the soil was compared to the growth of the trees. 3.) The connection between the growth of the trees and the climate was examined for the various sites (in terms of the C/N-ratio). Thereby the response of the species onto the climate was compared. The most precise results were achieved within the second approach. Values for the C/N-ratio of the upper soil lay between 12.4 and 17.4. A positive correlation between the C/N-ratio of the soil and the growth of the trees was discovered within this range. The results suggest an adverse effect to both of the species. This effect is more intense regarding sycamore (R² = 0,30) compared to beech (R² = 0,18). It can therefore be concluded that sycamore is weakened by eutrophication. An effect of the poultry farm on the species was not observed. Both species responded similarly regarding climate parameters. A positive relation between precipitation and growth of the trees was found. The impact of the location on the climate reaction of the trees was ambiguous.

Vor dem Hintergrund sich verändernder Umweltbedingungen durch den allgegenwärtigen Klimawandel wächst das Interesse an Vorhersagen zur zukünftigen Waldentwicklung. Der prognostizierten Häufung von Witterungsextremen wird ein wesentlicher Einfluss auf das Wachstum und die Vitalität der Waldbaumarten zugeschrieben. Wichtige Erkenntnisse bringen hier Untersuchungen zu den physiologischen Wachstumsgrenzen der Gehölze, die sich besonders deutlich an deren heutigen Verbreitungsgrenzen nachweisen lassen. An diesen offenbart sich das Potential einer Baumart, die Migration unter zukünftigen Bedingungen fortsetzen zu können. Großes Interesse herrscht an ökonomisch wichtigen Baumarten wie der Gemeinen Fichte (Picea abies [L.] Karst.) und der Rot-Buche (Fagus sylvatica L.). Deren Wuchsverhalten unter natürlichen Bedingungen, in natürlich erwachsenen Mischwäldern wurde in der vorliegenden Arbeit an den derzeitigen Arealsgrenzen beider Arten in Südschweden (Rågetaåsen, Siggaboda, Tolseboda) untersucht. Als Vergleichsstandort diente ein Naturwald im Harz (Rehberg), welcher geografisch zentral im Verbreitungsgebiet der Buche liegt und durch seine montane Höhenlage ideale Wuchsbedingungen für die Fichte liefert. Mittels dendroklimatologischer Analysemethoden wurden die wesentlichen, den radialen Zuwachs beeinflussenden Witterungsvariablen bestimmt und deren Anpassung bzw. Veränderung über verschiedene Zeitintervalle untersucht. Dendroökologische Untersuchungen ermöglichten einen Blick in die vergangene Entwicklung der Mischbestände und das Konkurrenzverhalten beider Baumarten untereinander. Diese Untersuchungen wurden auf zwei Ebenen durchgeführt: auf der Bestandesebene und auf der Ebene kleinerer Untersuchungsgruppen, durch welche direkte Konkurrenzsituationen der intra- und interspezifischen Beeinflussung analysiert werden konnten. Beide Methoden sind retrospektiver Natur und ermöglichen daher in der Hauptsache eine Analyse und Interpretation des vergangenen Zuwachsverhaltens. Doch erlauben beobachtete Trends in der Vergangenheit eine vorsichtige Prognose der Entwicklung von Waldbeständen auf vergleichbaren Standorten. Die dendroklimatologischen Analysen zeigten, dass beide Baumarten eine interessante Variabilität in den jeweiligen zuwachsbeeinflussenden Witterungsvariablen aufweisen. Die Haupteinflussgröße für den Buchenzuwachs ist ein trocken-heißer Vorjahres-Sommer mit Schwerpunkt auf den Monaten Juli und August. Dieser Einfluss zeigt sich seit Beginn des Beobachtungszeitraums, aber seit etwa 1950 verstärkt er sich bedeutend und erfährt seit Mitte der 1990er Jahre eine weitere Steigerung. Die wesentliche Witterungsvariable für den Fichtenzuwachs war bis etwa in die 1950er Jahre ein positiver Einfluss der Niederschläge im Sommer der Ringbildung mit Schwerpunkt auf dem Juni. Seither verschwindet dieser Einfluss jedoch auf fast allen Standorten und weicht einer, der Buchen ähnlichen Dürreempfindlichkeit gegenüber den vorjährigen Spätsommern. Die retrospektive Analyse der Bestandesgeschichte mittels langjähriger Zuwachszeitreihen ermöglicht eine Interpretation der vergangenen Entwicklung der Waldbestände und liefert eine Erklärung für das aktuelle Erscheinungsbild. Auf den schwedischen Standorten zeigt sich im radialen wie im Höhenzuwachs ein deutlicher Vorteil der Fichten. Auf den Standorten Siggaboda und Tolseboda bildet die Buche unter der Fichte sogar die zweite Baumschicht. Im Gegensatz zum Standort Rågetaåsen liegen diese beiden Standorte bereits außerhalb des natürlichen Verbreitungsgebiets von Buchenwäldern, aber im Gebiet der Buchen-Fichten-Wälder. Hier erkennt man deutlich einen Konkurrenzvorteil der Fichte. Am Vergleichsstandort Rehberg erkennt man dagegen das grundsätzlich große Potential der Buche, ähnliche Zuwächse zu leisten wie die Fichte. Das Konkurrenzverhältnis wirkt hier relativ ausgeglichen. Direkte Konkurrenzsituationen zwischen den Baumarten ergeben sich an Randzonen der natürlich gewachsenen reinartigen Gruppen. Es zeigte sich, dass die Buche in unmittelbarer Konkurrenz zur Fichte benachteiligt wird. Im umgekehrten Falle kann die Fichte in Abhängigkeit von ihrer sozialen Stellung sogar von einer Mischung mit Buche profitieren. Diese Ergebnisse gelten für die schwedischen Standorte wie auch für den Harz, wobei die Buchen am Rehberg ein größeres Potential erkennen lassen, dem Druck der Fichten entgegenzustehen. Der Einfluss singulärer Witterungsextreme auf das Wachstum beider Baumarten konnte an starken Zuwachseinbrüchen nachgewiesen werden. Doch in den meisten Fällen zeigte sich bereits im Folgejahr wieder ein ausgeglichenes Wachstum. Eine Herausforderung wird die zukünftige Häufung von Extremen mit fehlenden Erholungsphasen sein. Im letzten Jahrzehnt konnten bereits Sekundärfolgen großer Trockenheiten und deren Einfluss auf den Zuwachs beobachtet werden. Ergeben sich aus derartigen Situationen Schwierigkeiten für eine Baumart, ist dies ein sicheres Zeichen dafür, dass sie an ihre physiologischen Grenzen gerät. Am Standort Siggaboda konnte dies bereits für die Fichten beobachtet werden. Auch am Rehberg stellten sich in den letzten Jahren Bedingungen ein, die der Buche Schwierigkeiten bereiten. Aus den gewonnenen Erkenntnissen lässt sich entnehmen, dass das Konkurrenzverhältnis zwischen Buche und Fichte seit den letzten zwei Jahrzehnten begonnen hat, sich zu verändern. Am südexponierten Hangstandort im Harz scheint die bisher sehr konkurrenzstarke Buche an ihre physiologische Grenze zu geraten. Auf den schwedischen Standorten wird die Buche möglicherweise von wärmeren Sommern und verlängerten Vegetationsperioden profitieren, während die Fichte an die südliche, klimatische Verbreitungsgrenze der borealen Wälder gelangt zu sein scheint. / Against the background of a changing environment due to climate change the interest in prognoses of the development of forest ecosystems increases. The growth and the vitality of forest tree species will mainly be influenced by increased frequency of extreme weather conditions. The analysis of the physiological limits of tree growth has to be conducted at the borders of the natural distribution range of species. Main focus lies on economical important tree species as Common beech (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.).Growth and competition performance of these two species was investigated under natural conditions in naturally grown mixed forests at both species distribution limits in Southern Sweden (Rågetaåsen, Siggaboda, Tolseboda). As a reference a natural forest in the Harz Mountains (Rehberg) was chosen. By means of dendroclimatological methods the main influencing climate variables and their modifications over time were analysed. Dendroecological methods allow the retrospective analysis of forest history and the development of the competition behaviour of both species in the past. These analyses were conducted on two levels: stand level and plot level. The latter permits the analysis of direct competition situations, intra- and interspecific. By means of these retrospective methods potential trends might be detected and thus allow forecasts for the development of forest stands on comparable sites. Dendroclimatological analyses showed, that both tree species exhibit interesting variability in its main influencing climate variables. The radial growth of beech is mainly determined by warm-dry summers of the previous year with focus on July and August. This influence increases since the 1950s and even stronger since the mid 1990s. Main factor for spruce growth was summer precipitation with focus an June. This influence nearly vanished on all sites since the 1950s. Since then the main climate signal of spruce growth is a sensitivity to drought of previous summers, equally to beech. The retrospective analysis of forest history by means of long-term tree-ring series allows an interpretation of past development of the forest stands and provides explanations for the current appearance. On the Swedish sites the advance of spruce in radial as in height growth is obvious. In Siggaboda and Tolseboda beech even forms the secondary species. These sites lie beyond northern limits of Fagus forests but within Fagus-Picea forests. The advantage of spruce is considerable. Though, on the reference site Rehberg the high potential of beech, to achieve comparable tree-ring widths, is distinct. Here, the competition performance is nearly balanced. At borders of naturally grown pure groups direct competition situations between the species can be found. It could be shown, that beech is disadvantaged under immediate competition with spruce. But in inverse situations, spruce, depending on its social state, even benefits of growing in mixture with beech. These results can be found on the Swedish sites as well as in the Harz Mountains, though, beech at the Rehberg shows a much higher potential to stand against the competition of spruce. Singular impacts of extreme weather conditions on tree growth can be clearly, but in most cases growth is regulated one year later. However, future challenge for tree species will be the increased frequency of extreme conditions without phases of recovery. In the past decade secondary complications of drought and its influence on growth could already be detected. This affects both species similarly. Does a species get disadvantaged due to such situations, would mean that it reaches its physiological limits. In Siggaboda this could be already shown for spruce and at the Rehberg for beech. As a result this study shows, that the competition situation between beech and spruce has begun to change since the last two decades. On exposed sites as the Rehberg, beech trees might reach its physiological limits. On the Swedish sites, however, beech trees could benefit from warm summers and prolonged vegetation periods. In contrast, spruce probably has reached its southern, climatically determined distribution limit of boreal forests.

Recent climatic extreme events, such as the 2018-2020 drought period, demonstrate that ongoing climate change has a significant impact on our plant ecosystems, resulting in a variety of consequences such as temporal shifts in the growing season, biodiversity loss, and increased tree mortality. Forest ecosystems are especially endangered because the trees’ long lifecycles and their sessile nature impairs the potential to adapt or evade negative impacts in time. Nonetheless, forests are particularly essential because they accomplish key functions in our economic, ecological, and social lives, such as supplying timber, regulating carbon- and water cycling, or providing recreational benefits. Consequently, we need to investigate and comprehend the climatic impact on forest growth at both temporal and spatial scales. Additionally, we must examine the current state of forest vitality and productivity in order to make predictions about forest growth under changing climate. This thesis adds to our understanding of the climate-growth responses of two economically and ecologically important tree species in Central Europe within their low elevational and central distribution ranges: European beech (Fagus sylvatica L.) and Scots pine (Pinus sylvestris L.). We examine patterns in climate-driven growth responses at different spatiotemporal scales, ranging from regional to site-specific extents, and from retrospective to near real-time monitoring. In addition, we look at the possibility of employing tree-ring width (TRW) and remote-sensing (RS) data to assess forest vitality and productivity. A deeper knowledge of climate-growth responses in European beech and Scots pine will provide a foundation for decision making and forest management, assisting in the development of a resistant and resilient forest of the future. Chapter 1 provides an overview of the research objectives by situating them in the context of the present state of the art, framing the research objectives, introducing the study design, and finally formulating the research questions for this thesis. For that reason, we employ two tree-ring networks with varying spatial scales: the regional-scale Baltic Sea Network and the site-specific BDF-F-Network. The Baltic Sea Network includes TRW data from 119 pine and 55 beech study sites spread throughout the southern Baltic Sea region, which is distinguished by its predominantly medium nutritious soils, low elevation, and transitional climate ranging from maritime to more continental conditions. The BDF-F-Network, situated within the spatial extents of the Baltic Sea Network, spans along a precipitation gradient in northern Germany. It comprises 54 permanent monitoring plots with substantial information on soil and tree status dating back 40 years. During this PhD project, we extended the exhaustive data base of site-specific information by collecting TRW data for the entire network. As a result, the newly established BDF-F-Network acts as the thesis' centering point. In Chapters 2 and 3, we investigate the spatio-temporal growth responses of beech and pine in their low-elevational and central distribution ranges. Both species exhibit species-specific climate-growth responses with similar patterns at different spatial scales, i.e. when comparing the Baltic Sea and BDF-F-Network. While beech growth is predominantly impacted by summer drought conditions, winter temperature has the greatest impact on pine. We show that the main climatic drivers stay stable across spatial scales, whereas secondary climatic drivers, or climatic drivers with weaker correlations, may vary. Further, we investigate temporal instabilities in climate-growth responses for both networks by applying spatial segregation analyses and comparing growth responses for an early and a later period. We show that during the last few decades, both beech and pine have responded instable to their main climatic drivers, with increased sensitivity to summer drought and winter temperature, respectively. These temporal instabilities are visible at both regional and site-specific scales. Furthermore, Chapter 3 addresses how non-climatic and site-specific soil- and stand characteristics may influence tree growth across the BDF-F-Network's precipitation gradient. We use multilinear regression modeling to examine how stand parameters such as average tree height, diameter at breast height, and TRW differ across the gradient, and if they are impacted by soil water availability or soil type. However, our findings indicate no significant differences in site-specific soil- and stand-characteristics, with the exception of a minor effect on average tree height of European beech. In Chapter 4, we estimate the potential of TRW to assess long-term trends in beech vitality. At 9 sites, we compare the growth trends, climate sensitivities, and drought resistance of 10-20 pairs of vital and non-vital trees that are visually classified by crown condition. Moreover, we use individual heterozygozity as a proxy to determine if differences in growth behavior are caused by genetic predisposition. Surprisingly, growth responses and individual heterozygozity are similar in non-/vital trees. At several study sites, some as vital classified trees exhibit an even greater reduction in TRW than non-vital trees. In summary, we show that TRW is a better proxy for assessing long-term trends in tree vitality, compared to crown condition assessments that are defined by a high year-to-year dynamic. Similarly, Chapter 5 seeks to study the potential of satellite-derived leaf area index (LAI) series to monitor and evaluate forest productivity using European beech as an example. We employ an interdisciplinary approach by combining medium resolution LAI time series derived from two separate satellite sensors (SPOT-VGT/PROBA-V and MODIS), as well as long-term masting monitoring and TRW data from BDF-F-Network sites. By applying site-specific and across-network correlation analysis, we analyze the link between these three target parameters and identify common climatic drivers. While SPOT-VGT/PROBA-V LAI is negatively correlated with masting and positively correlated with TRW, finer resolved MODIS data does not show any significant relationships. We show that RS data from the SPOT-VGT/PROBA-V sensor could be a useful tool for assessing forest vitality and productivity if the LAI time series are sufficiently long. Furthermore, our findings indicate that masting and TRW are both influenced by summer climate conditions, whereas RS LAI appears to be climatically de-coupled. Our findings suggest that RS data has the potential to explore masting and hence forest productivity, but it should always be evaluated in light of the restrictions of different RS products. Finally, Chapter 6 summarizes the preceding chapters' findings and discusses them in the context of the research questions provided at the beginning of the thesis. / Die jüngsten klimatischen Extremereignisse, wie die Dürreperiode 2018-2020, zeigen, dass sich der anhaltende Klimawandel erheblich auf unsere Pflanzenökosysteme auswirkt. Dies führt zu einer Vielzahl weitreichender Folgen, wie der zeitlichen Verschiebung von Wachstumsperioden, Verlusten in der Biodiversität oder einer erhöhten Waldsterblichkeit. Besonders gefährdet sind hierbei Waldökosysteme, da die langen Lebenszyklen von Bäumen eine schnelle Anpassung an sich ändernde Klimabedingungen stark beeinträchtigen. Jedoch erfüllen vor allem Wälder wichtige Funktionen in unserem wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Leben, z. B. als Holzlieferanten, Regulatoren des Kohlenstoff- und Wasserkreislaufs oder auch als Erholungsraum für die Menschen. Dementsprechend ist es unerlässlich die klimatischen Auswirkungen auf das Waldwachstum sowohl auf zeitlicher als auch auf räumlicher Ebene zu untersuchen und zu verstehen. Zudem müssen wir auch den aktuellen Zustand der Vitalität und Produktivität der Wälder überprüfen, um aussagekräftige Prognosen zum Waldwachstum unter dem Einfluss des Klimawandels treffen zu können. Diese Dissertation trägt zu unserem Verständnis der Klimawachstumsreaktionen zweier wirtschaftlich und ökologisch relevanter Baumarten in ihrem ökologisch optimalen Verbreitungsgebiet in Mitteleuropa bei: der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) und der Waldkiefer (Pinus sylvestris L.). Hierbei werden die klimabedingten Wachstumsreaktionen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen untersucht, welchen von regionalen bis standortsspezifischen Ausmaßen und von retrospektiven Analysen bis nahezu Echtzeit-Monitoring reichen. Darüber hinaus erörtert diese Arbeit das Potenzial Jahrringdaten (TRW) als auch Fernerkundungsdaten (RS) zur Bewertung der Vitalität und Produktivität von Wäldern beispielhaft an der Rotbuche zu verwenden. Ein tiefreichendes Verständnis der Klima- Wachstumsreaktionen der Rotbuche und der Waldkiefer bietet somit eine gute Basis um bei Fragen zur zukünftigen Waldbewirtschaftung und der Entscheidungsfindung zu unterstützen, sodass wir einen widerstandsfähigen Wald der Zukunft aufbauen können. Kapitel 1 gibt einen Überblick über diese Dissertation, indem es Forschungsfragen in den Kontext des aktuellen Stands der Wissenschaft einordnet, die Forschungsziele erläutert, das Studiendesign vorstellt und schließlich die Forschungsfragen formuliert. Hierbei verwenden wir zwei Jahrringnetzwerke mit unterschiedlichen räumlichen Ausmaßen: das regionale Baltic Sea Netzwerk und das standortspezifische BDF-F-Netzwerk. Das Baltic Sea Netzwerk umfasst TRW-Daten von 119 Kiefern- und 55 Buchen-Standorten, welche sich über die gesamte südliche Ostseeregion erstrecken. Diese Standorte sind durch überwiegend mittelnährstoffreiche Böden, niedrige Höhenprofile und einem Übergangsklima von maritimen zu kontinentalen Bedingungen charakterisiert. Das BDF-F-Netz erstreckt sich entlang eines Niederschlagsgradienten in Norddeutschland und befindet sich somit innerhalb der geographischen Ausdehnungen des Baltic Sea Netzwerkes. Es umfasst 54 permanente Monitoring-Standorte zu denen umfangreichen Informationen zum Boden- und Baumzustand der letzten 40 Jahre vorliegen. Im Rahmen dieses Dissertationsprojektes wurden die umfassenden standortspezifischeren Informationen mit TRW-Daten für das gesamte Netzwerk ergänzt. Das daraus resultierende BDF-F-Netzwerk bildet somit den Dreh- und Angelpunkt der Dissertation. In den Kapiteln 2 und 3 werden die räumlichen und zeitlichen Wachstumsreaktionen von Rotbuche und Waldkiefer in ihren zentralen Verbreitungsgebieten untersucht. Unabhängig von der räumlichen Skala, sprich beim Vergleich von Standorten beider Netzwerke, zeigen beide Baumarten artspezifische Klimawachstumsreaktionen. Während die Rotbuche primär von Sommertrockenheit beeinflusst wird, ist das Wachstum der Waldkiefer maßgeblich von den Temperaturen im Winter geprägt. Zudem zeigt diese Arbeit, dass die primären Klimatreiber über verschiedene räumliche Skalen hinweg stabil bleiben. Sekundäre Klimatreiber, welche durch schwächeren Korrelationen zwischen Klima und Wachstum charakterisiert sind, können jedoch über geographische Ausbreitungen hinweg variieren. Weiterhin wurden zeitliche Instabilitäten in den Klimawachstumsreaktionen für beide Netzwerke mittels räumlicher Segregationsanalysen und dem Vergleich einer frühen und einer späteren zeitlichen Periode untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Rotbuche als auch Waldkiefer Instabilitäten in ihren Hauptklimatreibern aufweisen. In den letzten Jahrzehnten stieg die Sensitivität der Rotbuche auf Sommertrockenheit signifikant an, während die Waldkiefer immer stärker auf Wintertemperaturen reagiert. Diese zeitlichen Instabilitäten können in beiden Netzwerken, sowohl auf überregionalen als auch auf standortortsspezifischer Skala, nachgewiesen werden. Kapitel 3 beleuchtet den Einfluss nichtklimatischer und standortspezifische Merkmale des Bodens und Bestandes auf das Baumwachstum. Hierbei werden entlang des Niederschlagsgradienten des BDF-F-Netzwerks Unterschiede in der durchschnittlichen Baumhöhe, des Brusthöhendurchmesser und TRW mittels multilinearer Regressionsmodellierung untersucht. Zudem werden die Einflüsse der Bodenwasserverfügbarkeit als auch der Bodenart erörtert. Abgesehen von einem marginalen Einfluss auf die durchschnittliche Baumhöhe der Rotbuche bestehen keine signifikanten Unterschiede in den Bestands- und Bodencharakteristika des Standorts. Die zugrundeliegenden Ursachen werden in Hinblick auf Erkenntnisse der aktuellen wissenschaftlichen Literatur und des Studiendesigns des BDF-F-Netzwerkes besprochen. Kapitel 4 untersucht das Potenzial TRW-Daten zu verwenden, um langfristige Trends in der Vitalität der Rotbuche zu bewerten. Hierbei wurden in 9 Beständen 10-20 Baumpaare, bestehend aus je einem vitalen und einem nicht vitalen Baum, visuell nach Kronenzustand klassifiziert. Somit können Unterschiede in den langfristigen Wachstumstrends, der Klimasensitivität und der Trockenheits-resistenz zwischen nicht-/vitalen Individuen analysiert werden. Zudem wird die individuelle Heterozygotie als Proxy für genetische Vielfalt der Rotbuche herangezogen, um genetisch bedingte Unterschiede im Wachstumsverhalten zu beleuchten. Überraschenderweise unterscheiden sich weder die Wachstumsreaktionen noch die individuelle Heterozygotie bei nicht-/vitalen Rotbuchen. Zudem zeigen einige vitale Bäume eine höhere TRW-Reduktion im Vergleich zu nicht vitalen Bäumen. Dementsprechend zeigen die Ergebnisse, dass TRW ein guter Proxy für die Bewertung langfristiger Trends in der Vitalität von Bäumen zu sein scheint, wohingegen Vitalitätsansprachen mittels visueller Abschätzung des Kronenzustands aufgrund einer hohen Jahr-zu-Jahr-Dynamik eine Momentaufnahme der Baumvitalität darstellen. Kapitel 5 erörtert die Frage, inwieweit wir satellitenbasierte Daten (RS) mit mittlerer Auflösung zur Überwachung und Bewertung der Waldproduktivität verwenden können und untersucht dies am Beispiel der Rotbuche. In diesem interdisziplinären Ansatz werden Fernerkundungsdaten des Blattflächenindex (LAI) von zwei Satellitensensoren (SPOT-VGT/PROBA-V und MODIS) mit Daten zum Mastverhalten und der TRW der Rotbuche innerhalb des BDF-F-Netzwerks kombiniert. Durch standortspezifische und netzwerkweite Korrelationsanalysen wird der Zusammenhang dieser drei Zielparameter analysiert und anhand gemeinsamer klimatischer Treiber diskutiert. Während SPOT-VGT/PROBA-V LAI negativ mit Mast und positiv mit TRW korreliert, gibt es keine signifikanten Korrelationen in höher aufgelösten MODIS-Daten. Die Ergebnisse zeigen, dass bei ausreichend langen Zeitreihen SPOT-VGT/PROBA-V-Daten ein nützliches Werkzeug zur Bewertung der Waldvitalität und -produktivität sein können. Darüber hinaus scheint RS LAI klimatisch entkoppelt zu sein, während sowohl Mastverhalten als auch TRW hauptsächlich vom Sommerklima beeinflusst werden. Die Ergebnisse zeigen, dass satellitenbasierte LAI-Daten das Potential besitzen das Mastverhalten und somit die Waldproduktivität zu erfassen und zu analysieren. Jedoch sollten etwaige Interpretationen und Rückschlüsse immer in Bezug zu technologischen und methodologischen Limitationen verschiedener RS-Produkte bewertet werden. Abschließend fasst Kapitel 6 die Ergebnisse der vorherigen Kapitel zusammen und diskutiert sie im Zusammenhang mit den Forschungsfragen, die zu Beginn der Arbeit gestellt wurden.

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As árvores de Tectona grandis (Verbenaceae) e de Pinus caribaea var. hondurensis (Pinaceae) são utilizadas em estudos dendroecológicos e dendroclimatológicos pela formação de anéis de crescimento anuais duas espécies plantadas na Mata da Pedreira do Campus da ESALQ/USP para estudos ecológicos e climáticos. Foram selecionadas 8 árvores de Tectona grandis (4 com e 4 sem lianas ocupando a copa das árvores) e 10 árvores de Pinus caribaea var. hondurensis (8 vivas - 4 com e 4 sem lianas ocupando a copa das árvores - e 2 mortas). Com a utilização de sondas de Pressler foram extraídas 2-6 amostras do lenho/árvore das 2 espécies para analisar seus anéis de crecimiento. Foi realizada (i) a caracterização anatômica macro e microscópica dos anéis de crescimento; (ii) estudos de dendrocronologia, pela datação e avaliação do crescimento radial do tronco das árvores; (iii) avaliação da densidade do lenho por densitometria de raios X para a determinação da densidade dos anéis de crescimento, incremento de biomassa e de carbono; (iv) avaliação da influência do clima local e em grande escala no crescimento do tronco das árvores; (v) análise dos vasos das árvores de T. grandis e dos anéis de crescimento falsos nas árvores de P. caribaea. Os resultados principais mostraram que as características anatômicas dos anéis de crescimento das árvores as 2 espécies coincidem com os descritos na literatura; a série de anéis de crescimento mostrou correlação significativa em relação à sincronização dos anéis de crescimento das árvores das 2 espécies. O efeito prejudicial das lianas na copa das árvores de T. grandis e de P. caribaea foi comprovado pela redução da largura dos anéis de crescimento no período de 2000-11 e de 1971-2011, respectivamente. A densidade aparente média dos anéis de crescimento (T. grandis: 0,64 g/cm3 e de P. caribaea: 0,60 g/cm3) permitiu calcular o incremento de massa de carbono, resultando que as árvores sem lianas apresentam maior estoque de carbono do que as com lianas. A análise dendroclimatológica mostrou que as árvores de P. caribaea apresentaram correlações positivas com a disponibilidade de água no solo no período de seca; as árvores de T. grandis mostram correlação positiva com o período de maior chuva, temperatura de primavera e a oscilação antártica (AAO) de outono no ano corrente de crescimento, e correlação negativa com o evento de El Niño (TNI) em outono anterior. A ocupação das lianas na copa das árvores de T. grandis provocou o aumento da área dos vasos; os vasos do lenho inicial (e sua frequência) mostraram correlação significativa com a largura dos anéis de crescimento, possibilitando a construção de cronologias desses parâmetros e a avaliação da influência climática nas árvores. A ocupação das lianas na copa das árvores de P. caribaea induziu diminuição da frequência dos anéis de crescimento falsos, formados, principalmente, pelo aumento das pricipatações de Julio anterior y verão (DJF) e corrente. Os resultados deste estudo permitiram concluir que a análise dos anéis de crescimento das árvores das 2 espécies tem grande potencial para estudos ecológicos e ambientais no Brasil. / The trees of Tectona grandis (Verbenaceae) and Pinus caribaea var. hondurensis (Pinaceae) are used in dendroecological and dendroclimatologal studies by formation the annual growth rings. For these reasons, the study aimed to examine the tree-rings of the two species planted in Mata da Pedreira in Campus ESALQ/USP to climatic and ecological studies. We selected eight T. grandis trees (4 with and 4 without lianas occupying the trees canopy) and 10 P. caribaea trees (8 live - 4 with and 4 without lianas- and 2 dead). With the use Pressler increment borer was extracted 2-6 wood samples/tree of two species to analyze their trees-rings growth. Were applied: i) anatomical characterization macro and microscopic of trees-rings; ii) dendrochronology studies, by dating and evaluation of the trees radial growth; iii) evaluating the density of the wood by X-ray densitometry for determination of tree-rings density, biomass and carbon increment; iv) evaluating of influence of local climate and large-scale on tree-rings; v) Analysis of the vessel in T. grandis trees and false rings in P.caribaea trees. The main results showed that the anatomical characteristics of trees-rings of the both species coincide with those described in the literature; the series of trees-rings showed significant correlation with respect to the synchronization of trees-rings in the two species. The unfavorable effect of lianas in the canopy of trees T. grandis and P. caribaea was confirmed by the reduction of the tree-rings width in period 2000-2011 and 1976-2011, respectively. . The apparent density average of tree-rings (T. grandis: 0,64 g/cm3 e de P. caribaea: 0,60 g/cm3) allowed us to calculate the increase of carbon mass, resulting that trees without lianas had higher carbon stocks than those with lianas. The climatological analysis showed that P. caribaea showed positive correlations with water availability in the soil in the dry season; T. grandis trees showed positive correlations with period of highest rainfall, temperature of spring and AAO of fall in the current growing season, and negative correlation with El Niño event (TNI) in the fall. The ocupation of lianas on T. grandis trees caused the increase of the vessels area; the earlywood vessels (and frequency) had a significant correlation with the tree-rings, allowing build of chronologies of these parameters and evaluate the influences climate in the trees. The ocupation of lianas on P. caribaea trees induced a decrease in false rings, which are formed primarily by the increase of the previous July and current summer (DJF). The results of this study showed that the tree-rings analysis of the two species has great potential to ecological and climatical studies in Brazil.

The western spruce budworm (Choristoneura occidentalis Freeman) is the most widespread and destructive defoliator of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) forests in British Columbia. Over the past two decades, western spruce budworm outbreaks have been sustained and widespread in the interior of British Columbia, leaving the forest industry and many forest-dependent communities increasingly vulnerable to the economic consequences of these outbreaks. While a great deal is known about the impact of western spruce budworm outbreaks on tree growth and form, substantial knowledge gaps remain as to the historic variability of western spruce budworm outbreaks and the consequences of defoliation on fundamental characteristics such as wood structure. This research focused on describing historic and contemporary western spruce budworm outbreaks across multiple spatial and temporal scales in south-central British Columbia using dendrochronology and wood anatomy techniques. Outbreak histories over the past 435 years were reconstructed using a network of tree-ring chronologies from central British Columbia, revealing that 12 western spruce budworm outbreaks have occurred since the early 1600s, with a mean return interval of 30 years. Further, the research illustrates that outbreaks observed over the last 40 years are not unprecedented, which does not support the perception that western spruce budworm is moving northward into central British Columbia. To evaluate the effects of a single western spruce budworm outbreak on the anatomical characteristics of Douglas-fir stemwood, tree ring data was collected from permanent sample plots that sustained both periodic and chronic western spruce budworm feeding. In mature even-aged stands of Douglas-fir, a documented outbreak occurred from 1976 to 1980 in the coastal transition zone of southern British Columbia. Based on microscopic wood anatomical measurements it was shown that the tree rings formed during this outbreak had significantly lower percentages of latewood, reduced mean cell wall thickness and smaller radial cell diameters relative to wood formed during periods without budworm feeding. Western spruce budworm defoliation temporarily modified cellular characteristics, which has implications for wood quality. In uneven-aged stands of mature Douglas-fir, located in the xeric southern interior of British Columbia, there has been a sustained western spruce budworm outbreak since 1997. Tree rings formed during this outbreak had progressively larger earlywood lumen area and radial cell diameter, reduced latewood cell wall thickness, latewood radial cell diameters, and lower percent latewood. Mixed-effects models revealed that climatic variables, defoliation severity, defoliation duration, and in limited cases canopy class were the best predictors of xylem features. The severity and duration of western spruce budworm defoliation, as well as site factors that influence moisture conditions effect the degree and direction of anatomical changes in the stemwood of Douglas-fir. This research fills a number of knowledge gaps by providing insights into the temporal and spatial dynamics of western spruce budworm outbreaks in central British Columbia over multiple centuries, and the plasticity of anatomical features in the stemwood of Douglas-fir during discrete western spruce budworm outbreaks. These research findings suggest that Douglas-fir forests are resilient to western spruce budworm outbreaks over space and time. / Graduate

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As árvores de Tectona grandis (Verbenaceae) e de Pinus caribaea var. hondurensis (Pinaceae) são utilizadas em estudos dendroecológicos e dendroclimatológicos pela formação de anéis de crescimento anuais duas espécies plantadas na Mata da Pedreira do Campus da ESALQ/USP para estudos ecológicos e climáticos. Foram selecionadas 8 árvores de Tectona grandis (4 com e 4 sem lianas ocupando a copa das árvores) e 10 árvores de Pinus caribaea var. hondurensis (8 vivas - 4 com e 4 sem lianas ocupando a copa das árvores - e 2 mortas). Com a utilização de sondas de Pressler foram extraídas 2-6 amostras do lenho/árvore das 2 espécies para analisar seus anéis de crecimiento. Foi realizada (i) a caracterização anatômica macro e microscópica dos anéis de crescimento; (ii) estudos de dendrocronologia, pela datação e avaliação do crescimento radial do tronco das árvores; (iii) avaliação da densidade do lenho por densitometria de raios X para a determinação da densidade dos anéis de crescimento, incremento de biomassa e de carbono; (iv) avaliação da influência do clima local e em grande escala no crescimento do tronco das árvores; (v) análise dos vasos das árvores de T. grandis e dos anéis de crescimento falsos nas árvores de P. caribaea. Os resultados principais mostraram que as características anatômicas dos anéis de crescimento das árvores as 2 espécies coincidem com os descritos na literatura; a série de anéis de crescimento mostrou correlação significativa em relação à sincronização dos anéis de crescimento das árvores das 2 espécies. O efeito prejudicial das lianas na copa das árvores de T. grandis e de P. caribaea foi comprovado pela redução da largura dos anéis de crescimento no período de 2000-11 e de 1971-2011, respectivamente. A densidade aparente média dos anéis de crescimento (T. grandis: 0,64 g/cm3 e de P. caribaea: 0,60 g/cm3) permitiu calcular o incremento de massa de carbono, resultando que as árvores sem lianas apresentam maior estoque de carbono do que as com lianas. A análise dendroclimatológica mostrou que as árvores de P. caribaea apresentaram correlações positivas com a disponibilidade de água no solo no período de seca; as árvores de T. grandis mostram correlação positiva com o período de maior chuva, temperatura de primavera e a oscilação antártica (AAO) de outono no ano corrente de crescimento, e correlação negativa com o evento de El Niño (TNI) em outono anterior. A ocupação das lianas na copa das árvores de T. grandis provocou o aumento da área dos vasos; os vasos do lenho inicial (e sua frequência) mostraram correlação significativa com a largura dos anéis de crescimento, possibilitando a construção de cronologias desses parâmetros e a avaliação da influência climática nas árvores. A ocupação das lianas na copa das árvores de P. caribaea induziu diminuição da frequência dos anéis de crescimento falsos, formados, principalmente, pelo aumento das pricipatações de Julio anterior y verão (DJF) e corrente. Os resultados deste estudo permitiram concluir que a análise dos anéis de crescimento das árvores das 2 espécies tem grande potencial para estudos ecológicos e ambientais no Brasil. / The trees of Tectona grandis (Verbenaceae) and Pinus caribaea var. hondurensis (Pinaceae) are used in dendroecological and dendroclimatologal studies by formation the annual growth rings. For these reasons, the study aimed to examine the tree-rings of the two species planted in Mata da Pedreira in Campus ESALQ/USP to climatic and ecological studies. We selected eight T. grandis trees (4 with and 4 without lianas occupying the trees canopy) and 10 P. caribaea trees (8 live - 4 with and 4 without lianas- and 2 dead). With the use Pressler increment borer was extracted 2-6 wood samples/tree of two species to analyze their trees-rings growth. Were applied: i) anatomical characterization macro and microscopic of trees-rings; ii) dendrochronology studies, by dating and evaluation of the trees radial growth; iii) evaluating the density of the wood by X-ray densitometry for determination of tree-rings density, biomass and carbon increment; iv) evaluating of influence of local climate and large-scale on tree-rings; v) Analysis of the vessel in T. grandis trees and false rings in P.caribaea trees. The main results showed that the anatomical characteristics of trees-rings of the both species coincide with those described in the literature; the series of trees-rings showed significant correlation with respect to the synchronization of trees-rings in the two species. The unfavorable effect of lianas in the canopy of trees T. grandis and P. caribaea was confirmed by the reduction of the tree-rings width in period 2000-2011 and 1976-2011, respectively. . The apparent density average of tree-rings (T. grandis: 0,64 g/cm3 e de P. caribaea: 0,60 g/cm3) allowed us to calculate the increase of carbon mass, resulting that trees without lianas had higher carbon stocks than those with lianas. The climatological analysis showed that P. caribaea showed positive correlations with water availability in the soil in the dry season; T. grandis trees showed positive correlations with period of highest rainfall, temperature of spring and AAO of fall in the current growing season, and negative correlation with El Niño event (TNI) in the fall. The ocupation of lianas on T. grandis trees caused the increase of the vessels area; the earlywood vessels (and frequency) had a significant correlation with the tree-rings, allowing build of chronologies of these parameters and evaluate the influences climate in the trees. The ocupation of lianas on P. caribaea trees induced a decrease in false rings, which are formed primarily by the increase of the previous July and current summer (DJF). The results of this study showed that the tree-rings analysis of the two species has great potential to ecological and climatical studies in Brazil.

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