In dieser Dissertation werden erstmals Kenntnisse über ökologische Felder von Einzelbäumen mit Methoden der räumlichen Optimierung kombiniert, um ein Werkzeug zu schaffen, mit dem Empfehlungen für die Strukturierung von Beständen erarbeiten werden können. Dabei waren drei unterschiedliche waldbauliche Problemstellungen Ausgangspunkt der Arbeit. Die ausführliche Beschreibung der Probleme führte zur Ableitung eines allgemeinen Optimierungsproblems, das nach optimalen Stammverteilungsplänen bzgl. verschiedener, waldbaulicher Zielsetzungen sucht. Der erster Schwerpunkt war die mathematische Herleitung der Zielgrößen. Hierbei wurde die Idee der Einzelbaumeffekte und das Konzept der ökologischen Felder verwendet, um die Zielgrößen aus den Einzelbaumeffekten zu entwickeln. Der zweite Schwerpunkt umfasste die Suche nach einem geeigneten Optimierungsmodell, mit dem die Horizontalstruktur eines Bestandes basierend auf weitreichenden, stetigen Einzelbaumeffekten räumlich optimiert werden konnte. Der gegebene Überblick zum Stand der Forschung bzgl. der räumlichen Optimierung in der Forstwissenschaft zeigte auf, dass nur Teilaspekte des allgemeinen Optimierungsproblems bisher modelliert worden sind. Von den vier daraufhin neu entwickelten Optimierungsmodellen wurden ein kontinuierliches und ein diskretes Modells nach der Auswertung der Eigenschaften weiterverwendet. Die Bewertung von verschiedenen, vorgestellten Nachbarschaftsdefinitionen und Varianten von lokalen Suchverfahren, Meta- und Hybridheuristiken führte zur Verwendung von k-opt für das diskrete Optimierungsmodell, von Compass Search für das kontinuierliche Optimierungsmodell und von Threshold Accepting und Iterated Local Search für beide Modelle. Für alle drei Optimierungsprobleme wurden jeweils zwei Tests je Algorithmus mit einer in C++ implementierten Optimierungssoftware durchgeführt. Beim ersten Test sollten in kurzer Zeit wiederholt gute Lösungen berechnet werden, während im zweiten Test wesentlich mehr Funktionswertberechnungen zur Verfügung standen, um eine sehr gute Lösung zu erhalten. Die Auswertung der Testrechnungen zeigte, dass das diskrete Optimierungsmodell dem kontinuierlichen Modell außer bei einem geringen Bestockungsgrad des Bestandes vorzuziehen ist. Die Zielfunktionsdefinitionen hatten wesentlichen Einfluss auf die Lösungen, vor allem bei gegenläufigen Zielen. Sehr gute Lösungen wiesen dabei charakteristische Verteilungsschemata der Baumpositionen auf, die nur durch eine Optimierung und nicht durch das wiederholte, zufällige Verteilen von Bäumen gefunden werden konnten. Für das diskrete Modell lieferte Threshold Accepting vor 2-opt und Iterated Local Search fast immer die besten Ergebnisse. 4-opt war immer deutlich schlechter als die anderen Algorithmen. Threshold Accepting berechnete sowohl sehr schnell gute Lösungen und als auch die besten Lösungen, wenn eine intensive Suche mit sehr vielen Funktionswertberechnungen möglich war.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Hauptteile. Im ersten Teil werden verschiedene geometrische Konkurrenzindizes (CIs) auf ihre Eignung zur Abbildung der Konkurrenzverhältnisse in zweischichtigen Waldumbaubeständen aus Fichte (Picea abies (L.) Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) hin untersucht. Die dazu angelegten Versuchsflächen befinden sich im Sächsischen Forstamt Heinzebank und umfassen verschiedene Altersstadien des Voranbaus von Buche unter Fichte. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung des Einzelbaumwachstums und der Mortalität in mehrschichtigen Beständen der oben genannten Baumarten. Dazu wird als Ausgangsbasis der an der Niedersächsischen Forstlichen Versuchsanstalt entwickelte Waldwachstumssimulator BWINPro verwendet. / The presented thesis is divided into two parts. In the first part competition effects on height and basal area increment in mixed two-storey stands of Norway spruce (Picea abies L.) and European beech (Fagus sylvatica L.) are investigated using different types of geometrical competition indices. For this purpose a series of three trial plots was established in 2001 in the forest district of Heinzebank which is located in the central Erzgebirge Mountains, East Germany. The plots were set up in a "chronosequential" order. They approximately represent the three age stages of 10, 20, and 40 years in the second layer of beech under canopies of Norway spruce aged 50, 100, and 130 years, respectively. The second part of the thesis deals with the modeling of growth and mortality in stands of the above described type. The single-tree oriented simulator BWINPro originally developed for growth and yield analyses and prognoses in Lower Saxony, Germany, was chosen as a starting point to develop a modified tool for Saxony.