4 pp. / Prevention through thinning, irrigating and/or applying preventive insecticides are the best methods of protecting trees from bark beetles. Detecting evidence of infestation is important to determine if spraying will be effective. Correct insecticides when applied properly can be effective. Insecticide injections or systemics have not proven effective against bark beetles.

Revised / 3 pp.

The marbled murrelet (Brachyramphus marmoratus) is a Threatened seabird with very particular nesting requirements. They choose to nest almost exclusively on mossy platforms, provided by large branches or deformities, in the upper canopies of coniferous old-growth trees located within 50 km of the ocean. Due primarily to a loss of this nesting habitat, populations in B.C. have seen significant decline over the past several decades. As such, reliable spatial habitat data are required to facilitate efficient management of the species and its remaining habitats. Current habitat mapping methodologies are limited by their qualitative assessment of habitat attributes and the large, stand-based spatial scale at which they classify and map habitat. This research aimed to address these limitations by utilizing light detection and ranging (lidar) technologies to develop an object-based habitat mapping methodology capable of quantitatively mapping habitat suitability at the scale of an individual tree on Northern Vancouver Island, British Columbia (B.C.). Using a balanced random forest (BRF) classification algorithm and in-field habitat suitability data derived from low-level aerial surveys (LLAS), a series of lidar-derived terrain and canopy descriptors were used to predict the habitat suitability (Rank 1: Very High Suitability – Rank 6: Nil Suitability) of lidar-derived individual tree objects. The classification model reported an overall classification accuracy of 71%, with Rank 1 – Rank 5 reporting individual class accuracies of 90%, 86%, 74%, 67%, and 98%, respectively. Evaluation of the object-based predictive habitat suitability maps provided evidence that this new methodology is capable of identifying and quantifying within-stand habitat variability at the scale of an individual tree. This improved quantification provides a superior level of habitat differentiation currently unattainable using existing habitat mapping methods. As the total amount of suitable nesting habitat in B.C. is expected to continue to decline, this improved quantification is a critical advancement for strategic managers, facilitating improved habitat and species management. / Graduate / 2018-04-07 / 0329 / 0368 / 0478 / gclyde@uvic.ca

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.

Das Forschungsvorhaben hat das Ziel den Einfluss einzelbaumweise eingemischter einheimischer Eichen in Wäldern der Gemeinen Kiefer (Pinus sylvestris L.) zu untersuchen. Die Untersuchungsflächen befinden sich im Nordosten Deutschlands (Brandenburg). Im Untersuchungsgebiet Jerischke hat die Kiefer ein Alter von 78 Jahren und die Eiche ein Alter von 205 Jahren. Im Untersuchungsgebiet Weidmannsruh befindet sich die Kiefer im Alter 70 und die Eiche im Alter 108. In Abhängigkeit von der Entfernung zur Eiche werden folgende Effekte der Eiche nach Intensität und Qualität untersucht: - Effekte auf Mikroklima und Strahlung, - Effekte auf Humusmorphologie und bodenchemische Parameter und - Effekte auf Bodenvegetation und epigäische Fauna. Grundsätzlich sind die positiven Effekte der Eiche auf 10 bis 15 m vom Eichenstamm in den Kiefernbestand hinein begrenzt.

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.

Das Forschungsvorhaben hat das Ziel den Einfluss einzelbaumweise eingemischter einheimischer Eichen in Wäldern der Gemeinen Kiefer (Pinus sylvestris L.) zu untersuchen. Die Untersuchungsflächen befinden sich im Nordosten Deutschlands (Brandenburg). Im Untersuchungsgebiet Jerischke hat die Kiefer ein Alter von 78 Jahren und die Eiche ein Alter von 205 Jahren. Im Untersuchungsgebiet Weidmannsruh befindet sich die Kiefer im Alter 70 und die Eiche im Alter 108. In Abhängigkeit von der Entfernung zur Eiche werden folgende Effekte der Eiche nach Intensität und Qualität untersucht: - Effekte auf Mikroklima und Strahlung, - Effekte auf Humusmorphologie und bodenchemische Parameter und - Effekte auf Bodenvegetation und epigäische Fauna. Grundsätzlich sind die positiven Effekte der Eiche auf 10 bis 15 m vom Eichenstamm in den Kiefernbestand hinein begrenzt.

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Urbanisierungsprozesse beeinflussen die Funktionen natürlicher Ökosysteme signifikant. Bereitgestellte ökosystemare Leistungen unterliegen Veränderungen, die direkt die Lebensbedingungen des Menschen beeinflussen. Funktionale Freiflächen mit Baum- und Gehölzbeständen sind wichtige Bestandteile urbaner Ökosysteme und lindern lokal Einflüsse der Urbanisierung. Die Umweltbedingungen in der Stadt weichen von den natürlichen ab und mindern die Funktionsfähigkeit der Bäume. Gegenüber etablierten, terrestrischen Untersuchungen des Baumzustands ermöglicht die Fernerkundung räumlich und zeitlich flexible Vitalitätscharakterisierungen. In dieser Dissertation wird ein fernerkundlicher Ansatz zur Baumzustandserhebung erarbeitet. Bei Nutzung hyperspektraler Bilddaten werden biophysikalische und strukturelle Baumparameter mit dem quantitativen Ansatz der Strahlungstransfermodellierung (RTM) abgeleitet. Schwerpunkt dieser Arbeit war die Adaption der RTM auf einzelne Bäume. Hierzu wurden drei Anpassungen vorgenommen: die Korrektur höhenbedingter Bildpunktversätze, die Selektion von Bildelementen und die Nutzung eines geometrisch-optischen Modells, um Einflüsse der Kronentopographie zu korrigieren. Eine Validierung der Modelle und abgeleiteter Parameter basierte auf umfangreichen Geländeerhebungen. Beispielhaft wurde die weißblühende Rosskastanie, eine Hauptbaumart Berlins, untersucht. Ein Modelltest zeigte die Eignung der modifizierten RTM, die optischen Eigenschaften von Kastanien zu modellieren. Mit einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss spezifischer Baumeigenschaften auf die Modellergebnisse quantifiziert, was die Optimierung des Verfahrens ermöglichte. Durch Invertierung der Modelle konnten die vitalitätsrelevanten Parameter Chlorophyll- und Wassergehalt realistisch abgeleitet und in ein Baumkataster eingebunden werden. Damit leistet diese Dissertation einen Beitrag, das thematische Spektrum verfügbarer Biogeodaten zur Untersuchung stadtökologische Prozesse zu erweitern. / Urbanisation affects natural ecosystems functions significantly. This leads to changes in ecosystem services which are directly linked to human living conditions. Functional open spaces, especially when covered with wood and trees, are a major component of urban ecosystems and lessen the impact of urbanisation. Environmental conditions of urban areas are fare away from non urban, natural ones. The functionality of trees decreases as a consequence of these unfavourable conditions. In comparison to terrestrial surveys, remote sensing enables spatially and temporally flexible descriptions of tree vitality. In the present work a remote sensing based approach to investigate conditions of urban trees was developed. Radiative transfer models (RTM) were used to derive biophysical and structural parameters from hyperspectral data. In order to adapt the modelling approach to single trees three modifications were made: a) the correction of pixel shifts due to the height of trees and non-nadir view angles of the sensor; b) the selection of spectrally pure pixels; c) the correction of albedo effects induced by crown geometry. A detailed validation of the models and the estimated parameters is performed based on data of an extensive ground survey. Being one of Berlin’s main tree species, the horse chestnut (lat. Aesculus hippocastanum) was exemplary investigated. An Evaluation of the modified RTM showed that they are able to model the optical properties of chestnut canopies. A sensitivity analysis was performed to quantify the impact of tree specific effects on the results of the modelling approach. The findings allowed an optimization of the method. Vitality parameters such as chlorophyll and water content could be realistically estimated by model inversion. Results were finally linked to an existing cadastral system. Results from this work help widen the thematic spectrum of environmental biogeodata applications and investigating multiple processes of urban ecology.