Die Broschüre gibt einen Überblick über die wichtigsten Fakten zu Wald und Forstwirtschaft in Sachsen. Neben Angaben zur Waldfläche, den Waldfunktionen und zum Holzvorrat findet man Aussagen zur Bedeutung des sächsischen Waldes für den Naturschutz, zur Baumartenmischung und zum Waldumbau. Redaktionsschluss: 01.08.2017

In diesem Faltblatt werden die Fragen beantwortet zur Förderung der Waldverjüngung in- und außerhalb von Schutzgebieten: Was wird gefördert? Wer wird gefördert? Wie hoch ist die Förderung? Wie läuft das Verfahren? Was gilt es zu bedenken? Welche Voraussetzungen und Verpflichtungen sind zu beachten? Die Finanzierung dieses Faltblattes im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit erfolgt aus der Technischen Hilfe ELER 2014 – 2020. Redaktionsschluss: 27.10.2017

Die Rot-Buche stellt in den Fichtenbeständen im Mittelgebirge eine wesentliche Säule des Waldumbaus dar. Entsprechend wurden in letzten 30 Jahren erhebliche Flächen mit dieser Baumart vorangebaut. Waldbauliche Untersuchungen haben gezeigt, dass für eine gute Qualitätsentwicklung eine ausreichende Stammzahl und eine langfristige optimale Überschirmung der Rot-Buchen-Voranbauten erforderlich sind. Dadurch werden immer wieder Nutzungen des Fichtenschirmes zur Lichtsteuerung über dem Voranbau erforderlich. Diese Nutzungen haben Schäden an den Rot-Buchen-Voranbauten zur Folge, deren Intensität und Ursache im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht wurden. Im Staatswald des Freistaates Sachsen wurden insgesamt 16 Rot-Buchen-Voranbauten ähnlicher Ausgangsbedingungen hinsichtlich Hiebszeitpunkt, Flächengröße und Geländemerkmale im Frühjahr 2012 und 2013 in den Forstbezirken Bärenfels, Marienberg, Neudorf und Eibenstock untersucht. Die Nachlichtungen wurden von acht verschiedenen Unternehmen ausgeführt. Dabei wurde vollmechanisiert bzw. quasi vollmechanisiert und hochmechanisiert in einem 20 m-Rückegassensystem oder einem 40 m-Rückegassensystem gearbeitet. Die Aufnahmen an den Rot-Buchen-Voranbauten erfolgten rasterbasiert in Probekreisen. In diesen wurden die Höhe der Rot-Buchen, der Wurzelhalsdurchmesser sowie alle Schäden nach ihren Ausmaßen aufgenommen. Dabei wurden Höhenschäden, Rindenschäden, Astverlust und Mortalität zunächst getrennt erhoben. Sämtliche Werte wurden auf Grund der geschachtelten Versuchsanlage zu Mittelwerten auf Probekreisebene zusammengefasst. In mehr als einem Viertel aller erfassten Probekreise wurden relevante Schäden festgestellt. In den Rot-Buchen-Voranbauten überwiegen die Höhenschäden deutlich gegenüber den Rindenschäden. Stets war das im Bereich des Probekreises aufschlagende Baumvolumen der wesentliche Einflussfaktor. Dabei führen vor allem die ersten starken aufschlagenden Bäume zu einem Schaden im Probekreis. Dieser Trend nimmt mit weiter zunehmendem Baumvolumen nur noch deutlich langsamer zu. Der Parameter mit der zweithöchsten Bedeutung für die Schadwahrscheinlichkeit ist die Entfernung zur Rückegasse. Im Nahbereich der Rückegasse ist die Wahrscheinlichkeit für eine junge Rot-Buche, einen Höhenschaden zu erlangen, deutlich erhöht. Dies geht mit der Vorlieferung, Zwischenlagerung und Rückung des Holzes einher. Die Baumanzahl an Rot-Buchen in den Probekreisen ist vor allem für die Wahrscheinlichkeit eines Höhenschadens relevant. Bei hoher Baumanzahl kommt es zu größeren Schäden. Die Mittelhöhe hingegen ist vor allem ein Einflussfaktor für die Wahrscheinlichkeit eines Rindenschadens an den jungen Rot-Buchen. Mit zunehmender Höhe werden die Rot-Buchen stabiler und damit Rindenschäden häufiger. Ein bedeutender Faktor für die Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Schäden an den Rot-Buchen-Voranbauten ist das ausführende Unternehmen. Unter den acht untersuchten Unternehmen wurden erhebliche Unterschiede für die Schadwahrscheinlichkeit festgestellt. Bei der Schadintensität in den Probekreisen wurden Rot-Buchen, welche schadensbedingt unter 66 % der Mittelhöhe der Rot-Buchen im Probekreis absanken, als tot eingestuft. Diese können am weiteren Konkurrenzgeschehen nicht mehr teilnehmen und sterben in Folge des Holzeinschlages ab oder waren bereits abgestorben. 63 % der Höhenschäden waren so stark, dass die geschädigten Rot-Buchen in diese Kategorie eingeordnet wurden. Die Folge ist eine erhebliche Stammzahlabsenkung in den betroffenen Probekreisen von 5,1 Rot-Buchen auf 3,9. Damit einher gehen entsprechend negative Auswirkungen auf die zukünftige Astreinigung und Qualitätserwartung der Rot-Buchen. Die Mittelhöhe der Rot-Buchen sank durch den Holzeinschlag nicht signifikant ab. Betroffene Probekreise wurden durch den Holzeinschlag im Mittel zu 31 % geschädigt. Die wesentlichen Faktoren zur Erklärung der Schadintensität sind wiederum das aufschlagende Baumvolumen, die Baumanzahl im Probekreis, die Entfernung zur Rückegasse und für die Rindenschäden die Mittelhöhe. Nicht relevant sind die Faktoren Forstbezirk, Erschließungssystem und Verfahren. Aus den Ergebnissen wurden für den Waldbewirtschafter Punkte zur Minimierung der Schäden an Rot-Buchen-Voranbauten abgeleitet. Ein 20 m-Rückegassensystem ermöglicht keine geringeren Schäden als ein 40 m-Rückegassensysteme. Gleichzeitig wird im 20 m-Rückegassensystem die waldbauliche Freiheit im schmalen Bereich zwischen den Gassen und der stark gefährdeten Zone direkt links und rechts der Rückegasse erheblich einschränkt. Deshalb sollte vor der Einbringung von Rot-Buchen-Voranbauten auf ein 40 m-Rückegassensystem umgestellt werden. Bei den Vorbereitungshieben sind großkronige, starke Bäume im Bereich der Transportgrenze bevorzugt zu entnehmen. Bei der Pflanzung der Rot-Buchen-Voranbauten sind die stark gefährdeten Bereiche links und rechts neben der Rückegasse mit etwa drei Meter Breite nicht zu bepflanzen. Daran anschließend sollten zwei Meter mit reduzierter Stückzahl von 2.500 bis 3.500 Rot-Buchen pro Hektar gepflanzt werden, um ausreichend Astreinigung für den zentralen Block zu gewährleisten und gleichzeitig Pflanzen und Pflanzleistung einzusparen. Bei den anstehenden Nachlichtungen sind vor allem bei niedrigen Rot-Buchen wiederum die starken Bäume aus dem Zentrum des Voranbaus zwischen den Rückegassen zuerst zu fällen. Gut qualifiziertes Personal und starke Kräne, die eine schwebende Aufarbeitung und Rückung durchführbar machen, sind besonders wichtig. Wo immer möglich sollten mehrere Fichten in die gleichen Fällbereiche geworfen werden. Die zweite Nachlichtung sollte im Bereich von drei bis vier Metern Mittelhöhe der Rot-Buchen erfolgen. Wenn möglich ist dabei bereits die Stehendentnahme anzuwenden. Stammholzaufarbeitung durch Radharvester sollte ab vier Meter Höhe unterbleiben. Geschädigte Rot-Buchen sind im Nachgang zur Holzernte nicht von Waldarbeitern zu entfernen, da dieses Entfernen die Stammzahl im Voranbau nochmals absenken würde.:1 Einführung 1.1 Waldentwicklung im Sächsischen Erzgebirge 1.2 Klimaänderung 1.3 Waldumbau im Landeswald des Freistaates Sachsen 1.4 Ableitung der Arbeitshypothesen 2 Stand des Wissens 2.1 Auswirkungen der Holzernte auf die Waldverjüngung 2.2 Schaden in Abhängigkeit von der Baumhöhe 2.3 Schaden in Abhängigkeit von eingesetzten Maschinen und Verfahren 3 Material und Methoden 3.1 Naturale Ausgangslage im Staatswald des Freistaates Sachsen 3.2 Auswahl der Versuchsflächen 3.3 Erfassung der Versuchsflächen 3.4 Verwendung der vorliegenden Laserdaten 3.5 Bestimmung der Baumvolumina des Oberstandes 3.6 Einmessung der Fällrichtung der entnommenen Fichten des Oberstandes 3.7 Berechnungen der in die Probekreise gefällten Bäume des Oberstandes 3.8 Berechnungen der um die Probekreise entnommenen Bäume des Oberstandes 3.9 Erfassung der Verjüngung 3.9.1 Aufgenommene Daten bei Vollaufnahme des Probekreises 3.9.1.1 Baumnummer 3.9.1.2 Qualität 3.9.1.3 Höhenmessung der Rot-Buchen-Verjüngung 3.9.1.4 Höhenberechnung nicht messbarer Rot-Buchen 3.9.1.5 Messung der Wurzelhalsdurchmesser der Rot-Buchen-Verjüngung 3.9.1.6 Erfassung der Schäden an der Rot-Buchen-Verjüngung 3.9.1.6.1 Triebbruch 3.9.1.6.2 Schaftbruch 3.9.1.6.3 Mortalität 3.9.1.6.4 Rindenschaden 3.9.1.6.5 Schiefstand 3.9.1.6.6 Begraben unter Astmaterial 3.9.1.6.7 Astverlust 3.9.1.7 Zusammenfassung der Schäden zu Schadgruppen 3.10 Ableitung der Parameterwerte für die Probekreise 3.10.1 Berechnung der Höhe und des Wurzelhalsdurchmessers 3.10.2 Berechnung der Schäden auf Probekreisebene 3.10.3 Zuordnung weiterer Faktoren auf Ebene der Probekreise 3.11 Mathematisch-statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Schadwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der erhobenen Parameter 4.1.1 Ableitung des wesentlichen Parameters für die Beziehung Probekreis - hineingefällte Bäume 4.1.2 Ableitung des wesentlichen Parameters für die Beziehung Probekreis - entnommene Bäume 4.1.3 Einflussfaktoren auf die Schadwahrscheinlichkeit eines Probekreises (A) 4.1.4 Einflussfaktoren auf die Wahrscheinlichkeit eines Höhenschadens (B) der Probekreise 4.1.5 Einflussfaktoren auf die Wahrscheinlichkeit eines Rindenschadens der Probekreise (C) 4.2 Schadintensität in den Probekreisen in Abhängigkeit der erhobenen Parameter 4.2.1 Ableitung des wesentlichen Parameters für die Beziehung Probekreis – hineingefällte Bäume 4.2.2 Ableitung des wesentlichen Parameters für die Beziehung Probekreis – im Umkreis entnommene Bäume 4.2.3 Einflussfaktoren auf die Schadintensität des Gesamtschadens in den Probekreisen 4.2.4 Einflussfaktoren auf die Schadintensität des waldbaulichen Höhenschadens in den Probekreisen 4.2.5 Einflussfaktoren auf die Schadintensität des waldbaulichen Rindenschadens in den Probekreisen 4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Ableitung weiterer Thesen 5 Diskussion und Schlussfolgerungen 5.1 Aufnahmemethodik 5.2 Statistische Auswertung 5.3 Art und Umfang der Schäden 5.4 Höhenschäden 5.5 Rindenschäden 5.6 Aufschlagendes Baumvolumen im Bereich der Probekreise 5.7 Entfernung zur Rückegasse 5.8 Baumanzahl im Probekreis 5.9 Ausführendes Unternehmen 5.10 Mittelhöhe des Rot-Buchen-Voranbaus 5.11 Entfernung zur Transportgrenze 5.12 Entfernung zur Außengrenze der Verjüngung 5.13 Entnahmestärke 5.14 Forstbezirk 5.15 Erschließungssystem 5.16 Angewendetes Arbeitsverfahren 5.17 Handlungsempfehlungen 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Abbildungsverzeichnis 9 Tabellenverzeichnis 10 Formelverzeichnis 11 Literaturverzeichnis Anhang

Hintergrund und Zielstellung Im Zuge des Waldumbaus wird die Rotbuche (Fagus sylvatica L.) über Voranbau in Fichtenreinbestände eingebracht. Deren Bewirtschaftung zielt meist auf die Erzeugung von Wertholz ab. In diesem Zusammenhang dient der Fichtenschirm als Instrument der Steuerung der Ressourcenversorgung und damit der Qualifizierung der Buchen („edle Halbschattform“). Die in der Vergangenheit zumeist niederdurchforstungsartige Behandlung bedingt jedoch, dass viele Fichtenbestände hinsichtlich ihrer Stabilität keine geeigneten Ausgangsbedingungen für eine langfristige Schirmstellung bieten. Die Schadbilder infolge immer häufiger auftretender Windwurfereignisse verdeutlichen dies eindrucksvoll und belegen unmissverständlich, dass diesbezüglich Handlungsbedarf besteht. Die vorliegende Untersuchung ging daher den Folgen eines unplanmäßigen, sturmbedingten Schirmverlusts für Wachstum und Qualität vorangebauter Rotbuchen nach. In diesem Zusammenhang wurden auch der Einfluss von Pflanzendichte und Entwicklungsstadium des Voranbaus geprüft. Material und Methoden In den beiden Modellregionen „Thüringer Wald und Hügelland“ sowie „Sächsisches Erzgebirge und Vorland“ wurden Qualitätserhebungen (vgl. BÖRNER ET AL. 2003) auf insgesamt 29 Buchenvoranbauflächen durchgeführt. Auf 17 dieser Flächen wurde der Fichtenschirm im Januar 2007 durch den Orkan KYRILL meist vollständig geworfen. Seitdem entwickelten sich die Rotbuchen ohne Schirmschutz. Alle weiteren Voranbauten stehen nach wie vor unter Fichtenschirm und dienen als Referenz für Wachstum und Qualität. Jedem Voranbau wurde das auf den Freistellungszeitpunkt bezogene Entwicklungsstadium (vor oder nach Dickungsschluss) zugewiesen. Zur repräsentativen und objektiven Festlegung der Aufnahmeeinheiten in den Flächen wurde ein rasterbasiertes Probekreisverfahren gewählt. Das quadratische Gitternetz mit einer Weite von 20 m wurde mittels GPS im Gelände eingemessen. Die Rasterschnittpunkte bildeten zugleich die Zentren der 19,95 m² großen Probekreise (Plotradius: 2,52 m). Die Datenaufnahme erfolgte auf insgesamt 204 repräsentativen Plots. In jedem Probekreis wurde die Pflanzenzahl erhoben und auf Hektarwerte hochgerechnet. Für die Referenzflächen erfolgte hier weiterhin eine Ansprache des Überschirmungsgrads. Einbezogen wurden nur Plots mit locker-lichtem Fichtenschirm. Die Datenerhebung wurde an den maximal sechs höchsten Buchen eines jeden Probekreises vorgenommen und konzentrierte sich damit auf die (vor-)herrschenden und somit vitalsten Bestandesglieder. Daraus resultierte ein Stichprobenumfang von 895 Einzelbäumen. Die Datenaufnahme fand nach Abschluss der Vegetationsperiode 2012 statt, sodass seit der Freistellung sechs Jahre vergangen waren. Mathematisch-statistische Auswertung Aufgrund der räumlich geschachtelten Versuchsanlage kamen bevorzugt gemischte Modelle zur Anwendung. In Abhängigkeit vom Skalenniveau der Response-Variable und dem vorliegenden Verteilungstyp wurden lineare gemischte Modelle (LMM) oder aber generalisierte lineare gemischte Modelle (GLMM) eingesetzt. Multinomialdaten mit einer festen Rangordnung der Response-Kategorien wurden mit einem erweiterten logistischen Regressionsmodell, der Proportional Odds Logistic Regression (POLR), analysiert. Zur Umsetzung aller beschriebenen Methoden wurde die Statistiksoftware R (Version 3.0.1) genutzt. Ergebnisse • Wachstum und Zuwachsreaktion: Sechs Jahre nach dem Sturmereignis besteht kein signifikanter Höhenunterschied zwischen den Buchen auf Sturmflächen und unter Schirm. Allerdings stiegen die Haupttrieblängen ab dem zweiten Jahr der Freistellung an, sodass der Wachstumsgang der freigestellten Individuen signifikant von dem der überschirmten Bäume abweicht. Hohe Stammzahldichten im Voranbau fördern das Höhenwachstum. Das Durchmesserwachstum profitiert im Vergleich dazu deutlich stärker von der Freistellung, wie die signifikant größeren Wurzelhalsdurchmesser der freigestellten Buchen belegen. Entsprechend intensiv fiel auch die Reaktion des Radialzuwachses aus, die ohne Verzögerung bereits im Jahr der Freistellung einsetzte. Der stärkste Grünast zeigt einen im Vergleich zum Stamm synchronen Wachstumsgang, wenn auch auf niedrigerem Niveau. Unabhängig von der Überschirmung dämpfen hohe Bestandesdichten das Durchmesserwachstum. Gemessen am H/D-Verhältnis weisen die Buchen unter Schirm sowie bei hoher Pflanzendichte einen schlankeren Wuchs auf. Zwischen den beiden Entwicklungsstadien, das heißt vor oder nach Dickungsschluss, bestand kein Unterschied. • Astigkeit und Astreinigung: Sechs Jahre nach dem Schirmverlust sind an den freigestellten Buchen signifikant größere Astdurchmesser bei zugleich steileren Astwinkeln zu erkennen. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau werden die Buchen feinastiger, während der Astwinkel unbeeinflusst bleibt. ASIX und Grünastdichte sinken nur auf der Freifläche merklich, erreichen dadurch aber ab Pflanzenzahlen von 8.500 St./ha bzw. 6.000 St/ha niedrigere Werte als Buchen unter Schirm. Zwischen den beiden Entwicklungsstadien sind hinsichtlich der Wirkung des Schirmverlusts keine Unterschiede zu verzeichnen. Totastanzahl und grünastfreie Schaftlänge hingegen werden durch die Freistellung nicht beeinflusst. Auf der Freifläche wurden jedoch stärkere Totäste gefunden. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau steigen Anzahl und Durchmesser der Totäste sowie die grünastfreie Schaftlänge signifikant. Am deutlichsten tritt dieses Phänomen bei Voranbauten nach Dickungsschluss zutage. • Schaft- und Kronenmorphologie sowie Häufigkeit von Z-Baum-Anwärtern: Sechs Jahre nach dem Schirmverlust sind an freigestellten Buchen signifikant häufiger Steiläste und vor allem Zwiesel erkennbar. Im Stadium vor Dickungsschluss treten auf Freiflächen doppelt bis dreifach so häufig Tiefzwiesel auf wie unter Fichtenschirm. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau sinkt die Zwieselanzahl moderat, der Anteil tief gezwieselter Buchen sogar rapide. Dadurch kommen im Stadium nach Dickungsschluss ab 9.000 Buchen pro Hektar unabhängig von der Überschirmung kaum noch Tiefzwiesel vor. Die gutachterliche Qualitätsansprache bestätigt, dass durchschnittlich etwa 60–70 % aller Buchen auf den KYRILL-Flächen den Zwieseltypen zuzurechnen sind, während unter Fichtenschirm mit ca. 90 % die (sehr) guten Formen dominieren. Mit zunehmender Bestandesdichte steigt der Anteil der besseren Qualitäten tendenziell, jedoch nicht signifikant. Die gutachterliche Qualitätsansprache zeigt eine sehr hohe Übereinstimmung mit der anhand von ASIX, Astwinkel und Zwieselzahl einer Buche modellierten Qualitätsklasse. Unter Fichtenschirm ist die Dichte der Z-Baum-Anwärter grundsätzlich sechsmal so hoch wie in freigestellten Voranbauten. Diese steigt aber unabhängig vom Schirm mit der Pflanzendichte des Voranbaus signifikant an. Schlussfolgerung und Handlungsempfehlungen Der Fichtenschirm hat eine herausragende Bedeutung für die Qualitätsdifferenzierung von Buchenvoranbauten. Eine locker-lichte Überschirmung stellt den geeigneten Kompromiss zwischen vitalem Wachstum und Qualitätsentwicklung der Buchen dar. Ungeachtet aller weiteren Faktoren bewirkt ein plötzlicher, unplanmäßiger Schirmverlust gravierende Qualitäts-einbußen der an den Halbschatten adaptierten Buchen. Sehr gute Qualitäten, das heißt wipfelschäftige Buchen mit gering dimensionierten, horizontal ausgerichteten Ästen und zügiger Astreinigung, sind nur durch die Kombination aus langfristig stabiler Überschirmung und Pflanzendichten im Voranbau ab 6.000–8.000 St./ha zu erreichen. Eine Kompensation des Freistellungseffekts ist durch hohe Pflanzenzahlen im Voranbau nur in sehr begrenztem Umfang möglich. Ein hoher Seitendruck kann den fehlenden Schirmdruck demnach nicht ersetzen. Selbst bei höchster Bestandesdichte waren die Formen auf den Freiflächen weitaus schlechter als unter Schirm. Dies gilt unabhängig vom Entwicklungsstadium der Voranbauten. Der Bestandesschluss bewahrt also offenbar nicht vor freistellungsbedingten Qualitätsverlusten. Allerdings gewährleisten Pflanzendichten ab 8.000–9.000 St./ha, dass die Tiefzwieselbildung in geschlossenen Buchendickungen auch bei einer abrupten Freistellung weitgehend unterbleibt und eine hinreichende Anzahl von Z-Baum-Anwärtern zur Verfügung steht. Ist es erst einmal zu einem Schirmverlust über einem Buchenvoranbau gekommen, bestehen kaum Möglichkeiten, aktiv zugunsten der Buchenqualität tätig zu werden. Die einzige Chance besteht im gezielten Erhalt bestehender Z-Baum-Anwärter und deren konsequenter Pflege. Für zukünftige Waldumbaumaßnahmen wird deshalb ein standort- und risikodifferenziertes Vorgehen beim Buchenvoranbau empfohlen. Dieses sollte sich an erster Stelle an der Stabilitätssituation des Fichtenschirms orientieren. Ausschließlich bei gegebener Stabilität ist das Produktionsziel Buchenwertholz als realistisch einzustufen, sodass kostenintensive Voranbauten mit den oben genannten Pflanzendichten angelegt werden sollten (Funktionsumbau). Bei einer offensichtlich (sehr) hohen Prädisposition der Fichtenschirme gegenüber Sturm und Borkenkäferbefall ist stattdessen ein extensiver Voranbau mit reduzierter Pflanzenzahl vorzuziehen. Dieser zielt im Sinn eines Nachhaltsumbaus primär auf eine Stabilisierung der Waldökosysteme ab und trägt zur Erhöhung der Flexibilität der zukünftigen Waldbewirtschaftung bei (WAGNER 2007, 2008). / Backround and Objectives In the course of forest conversion European beech (Fagus sylvatica L.) is introduced in spruce monocultures by advanced planting. Management of beech stands aims mostly on production the of high quality timber. In this context, the shelterwood of spruce officiates as an instrument for controlling resource availability and thus to qualify advanced planted beech. But because of low-thinning treatment in past, most spruce stands do not provide suitable conditions for long-term shelterwood with regard to their missing stability. The situation of forest damage due to periodic windthrow events illustrate this impressively and show need for action. Therefore, the present study analyzed the consequences of an unplanned, storm-related loss of canopy for growth and quality of advanced planted beech. In this context, the influence of stand density and developmental stage of advanced regeneration will be examined as well. Material and Methods In two model regions "Thuringian Forest” (middle of Germany) and "Saxon Oremountains” (East of Germany) quality investigations (cf. BÖRNER ET AL. 2003) were carried out on a total of 29 advanced planted beech stands. In 17 of these stands the spruce canopy was mostly completely thrown by hurricane KYRILL in January of 2007. Thus, the beech trees have grown without shelter since then. The other advanced regeneration stands are still under spruce canopy and serve as a reference for growth and quality. A developmental stage (before or after thicket-stage) was designated to each advanced planting site in reference to the time of overhead canopy release. For representative and objective definition of experimental plots a grid-based plotdesign was used. The square grid with distance of 20 m was calibrated by GPS in the field. The grid inter-sections built the centers of 19.95 m² circular sample areas (plot radius 2.52 m). Data was collected on a total of 204 representative plots. On each plot, the number of beech plants was collected and extrapolated to hectare values. In addition, the canopy closure was also estimated for reference plots within the sample plots. For data collection only plots with moderate canopy closure were included (maximum area of canopy gaps: one crown projection). Data collection was carried out at maximum of six highest trees per plot. Thus it is concentrated on (pre-) dominant and therefore most vital individuals. This resulted in a sample size of 895 trees. The data collection was started after growing season in 2012, six years after canopy release. Mathematical and statistical analysis Due to spatially nested plot design Mixed Models have been applied preferably. Depending on scale level of the response variable and given distribution type, Linear Mixed Models (LMM) or Generalized Linear Mixed Models (GLMM) were used. Multinomial data with fixed order of response categories was analyzed with an extended logistic regression model, the Proportional Odds Logistic Regression (POLR). These calculations were implemented by statistical software R (version 3.0.1). Results • Growth and reaction of annual increment: Six years after the storm event there is no significant difference in height between beech trees on storm areas and such under shelterwood. However the annual increment of terminal shoot rose from the second year after release, so the trend of increment deviates significantly from beech trees under shelterwood. High stand density in advanced planting promotes height growth. Diameter growth benefits significantly more from release compared to height growth. So released beech trees showed significantly larger root collar diameters. Reaction of radial increment, which began immediately after release, was appropriately intensive. The thickest living branch shows synchronous trend of increment, but on a lower level. Regardless of canopy cover high stand densities delimitate diameter growth. The H/D-ratio demonstrated that beech trees under shelterwood and in high density stands showed more slender forms. There was no difference between the two developmental stages. • Branchiness and natural pruning: Six years after the loss of spruce canopy significantly greater branch diameters in combination with steeper branch angles were found on released beech trees. With increasing stand density in advanced planting the beeches showed finer branches while branch angles remain unaffected. ASIX and the density of living branches decreases appreciably for released trees only, so reached lower values than trees under shelterwood by stand densities off 8.500 pcs/ha and 6.000 pcs/ha, respectively. There was no difference of release effect between the developmental stages. Number of dead branches and bole-length without living branches however, were not affected by loss of canopy. However more dead branches were found on beeches in the opening. With increasing stand density in advanced planting, the number and diameter of dead branches and bole-length without living branches increased significantly. This was most distinct for beech stands that reached thicket-stage before release. • Stem- and crown shape, number of crop tree candidates: Six years after canopy-loss, released beeches showed significantly more steep branches and especially forks. Released stands before thicket-stage showed two to three times as likely deep-forks in relation to stands under spruce canopy. With increasing stand density in advanced planting the number of forks per trees decreased moderately, the proportion of deep-forks even rapidly. In consequence, regardless of the canopy cover, deep-forks only occurred marginally in beech stands after thicket-stage with at least 9.000 pcs./ha. The expert quality estimation confirms that on average about 60–70 % of beeches on KYRILL sites belong to a “fork type”, while under spruce shelterwood (very) good shapes dominate with about 90 %. With increasing stand density, the proportion of good shapes tends to increase, however not significantly. The estimated quality class showed a very high correlation with the modeled one, based on ASIX, branch angle and fork number per beech. The density of crop tree candidates under spruce canopy is basically six times as high as in released stands. However, regardless of shelterwood it increases significantly with stand density. Conclusion and silvicultural implication: Spruce canopy is of outstanding importance for quality and differentiation of advance planted beech. A moderate shelterwood is the appropriate compromise between vital growth and good quality development. Regardless of any other factors, a sudden and unplanned loss of canopy effects a loss of quality of shade adapted beech trees. Very good qualities, that means straight to top trees with fine, horizontally oriented branches and timely self-pruning, can only be achieved by combining of long-term shelterwood and stand densities in advanced planting of at least 6.000–8.000 pcs./ha. Compensation of the release effect through high stand density in advanced planting is only possible to a very limited extent. High intraspecific competition cannot replace the lack of shelterwood. Beech shapes were far worse than under shelterwood, even at the highest stand density. This applies regardless of the developmental stage of a beech stand. So closing of advanced planted beech stand (thicket-stage) does not prevent release related quality losses. However, plant densities from 8.000–9.000 pcs./ha ensure that deep fork formation in closed beech thickets is largely suppressed and a sufficient number of crop tree candidates is available, even after abrupt release. Once an abrupt loss of canopy above advanced planted beech has occurred, there are hardly any opportunities to actively engage in favor of beech quality. The only chance is maintenance of existing crop tree candidates and their consistent care. Therefore, for future forest conversion with beech, a site- and risk-differentiated approach is recommended for advanced planting. This should be based firstly on the stability of shelterwood. Only with high stand stability, the target of high-grade beech-timber is realistic, so costly beech plantings with high stand density mentioned above should be applied. For spruce stand with an obvious (very) high risk towards bark beetles and / or storms, an extensive advanced planting with reduced stand density is preferable. In terms of “Sustainability-conversion” this aims primarily on stabilizing forest ecosystems and increasing flexibility for future forest management (WAGNER 2007, 2008).

In den letzten drei Jahrzehnten wurden in einigen Seen und Feuchtgebieten in bewaldeten Einzugsgebieten Nordost-Brandenburgs sinkende Wasserstände beobachtet. In diesen Gebieten bestimmt die Grundwasserneubildung im Einzugsgebiet maßgeblich das Wasserdargebot der Seen und Feuchtgebiete, die deshalb hier als grundwasserabhängige Landschaftselemente bezeichnet werden. Somit weisen die sinkenden Wasserstände auf einen Rückgang der wegen des geringen Niederschlagsdargebotes ohnehin schon geringen Grundwasserneubildung hin. Die Höhe der Grundwasserneubildung ist neben den hydroklimatischen Randbedingungen auch von der Landnutzung abhängig. Veränderungen in der Waldvegetation und der hydroklimatischen Randbedingungen bewirken Änderungen der Grundwasserneubildung und beeinflussen somit auch den Wasserhaushalt der Seen und Feuchtgebiete. Aktuell wird die Waldvegetation durch Kiefernmonokulturen dominiert, mit im Vergleich zu anderen Baumarten höherer Evapotranspiration. Entwicklungen in der Forstwirtschaft streben die Verringerung von Kiefernmonokulturen an. Diese sollen langfristig auf geeigneten Standorten durch Laubmischwälder ersetzt werden. Dadurch lassen sich eine geringere Evapotranspiration und damit eine höhere Grundwasserneubildung erreichen. In der vorliegenden Arbeit werden am Beispiel des Redernswalder Sees und des Briesensees die Ursachen der beobachteten sinkenden Wasserstände analysiert. Ihre Wasserstände nahmen in den letzten 25 Jahren um mehr als 3 Meter ab. Weiterhin wird untersucht, wie die erwarteten Klimaänderungen und Veränderungen in der Waldbewirtschaftung die zukünftige Grundwasserneubildung und den Wasserhaushalt von Seen beeinflussen können. Die Entwicklung der Grundwasserneubildung im Untersuchungsgebiet wurde mit dem Wasserhaushaltsmodell WaSiM-ETH simuliert. Die Analyse der Wechselwirkungen der Seen mit dem regionalen quartären Grundwasserleitersystem erfolgte mit dem 3D-Grundwassermodell FEFLOW. Mögliche zukünftige Veränderungen der Grundwasserneubildung und der Seewasserstände durch Klimaänderungen und Waldumbau wurden mit Szenarienrechnungen bis zum Jahr 2100 analysiert. Die modellgestützte Analyse zeigte, dass die beobachteten abnehmenden Wasserstände zu etwa gleichen Anteilen durch Veränderungen der hydroklimatischen Randbedingungen sowie durch Veränderungen in der Waldvegetation und damit abnehmenden Grundwasserneubildungsraten zu erklären sind. Die zukünftigen Entwicklungen der Grundwasserneubildung und der Wasserstände sind geprägt von sich ändernden hydroklimatischen Randbedingungen und einem sukzessiven Wandel der Kiefernbestände zu Laubwäldern. Der Waldumbau hat positive Wirkungen auf die Grundwasserneubildung und damit auf die Wasserstände. Damit können die Einflüsse des eingesetzten REMO-A1B-Klimaszenarios zum Ende des Modellzeitraumes durch den Waldumbau nicht kompensiert werden, das Sinken des Wasserstandes wird jedoch wesentlich reduziert. Bei dem moderateren REMO-B1-Klimaszenario werden die Wasserstände des Jahres 2008 durch den Waldumbau bis zum Jahr 2100 überschritten. / Declining water levels have been observed in some lakes and wetlands in forested catchments in North-East Brandenburg (Germany). Groundwater recharge mainly controls the supply of water available for lakes and wetlands, therefore determining them as groundwater-dependent landscape elements. Thus, the declining water levels indicate a reduction of groundwater recharge. Aspects such as climate change and different forest management practices have been considered as main factors affecting the regional groundwater regime. Currently, forest landscapes in North-East Brandenburg are dominated by pine monoculture. Depending on the climate conditions, groundwater recharge can be significantly lower under pine than under broad-leaved species like beech or oak. Regional forest administration is currently planning to expand the share of broad-leaved trees among mixed deciduous forest in the future. For this study, two lakes were chosen, the Redernswalder See and the Briesensee at Poratz. Water gauge measurements over the last 25 years showed a decline in lake water level by more than 3 m. To identify and quantify the share of changes in both, climate and forest management, the principal processes were evaluated using field measurements and water balance modelling. In the following step, alternative climate change and forestry scenarios were analysed to discover their impacts on the regional distribution of groundwater recharge. At first, the causes of the declining observed water levels were analysed. For this purpose, the physically based and fully distributed water balance model WaSiM-ETH was used to simulate groundwater recharge in the catchment and evaporation from the lake surfaces from 1958 to 2007. To analyse the geohydrological conditions, a FEFLOW 3D groundwater model was built up for the underlying Quaternary aquifer system. Possible development directions of the water balance were simulated under the influence of climate change and forest conversion until 2100. The model based analysis showed that the observed declining water levels are caused by both changes in climatic boundary conditions and in forest vegetation (age distribution and understorey) followed by decreasing groundwater recharge with an equal magnitude. The future developments of groundwater recharge and water levels are governed by changes in climatic boundary conditions and a transition from pine monoculture to broad-leaved trees. Forest conversion will show a positive effect on groundwater recharge and likely increase the water levels of lakes and wetlands. The forest conversation can not completely compensate the impact of climate change to the lake water levels, but the decrease can be significantly limited.

Vor dem Hintergrund der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre gewinnt die Rolle des Waldes als C-Speicher zunehmend an Bedeutung. Eine besonders wichtige Funktion kommt hierbei dem Boden zu, denn Böden speichern weltweit mehr C als Vegetation und boden zusammen (Brady and Weil, 2002). Im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung werden in Sachsen derzeit großflächig die bestehenden Nadelforsten in naturnahe, strukturierte Laub- und Laubmischwälder umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war es daher, baumarten- und bewirtschaftungsspezifische Effekte auf den Humus und die C-Speicherung im Waldboden aufzuzeigen. Die Untersuchungsflächen wurden entlang von Waldumbausequenzen gruppiert, welche die Entwicklung von konventionell bewirtschafteten Kiefern- und Fichten-Reinbeständen zu mehr oder weniger strukturierten Rotbuchen- und Rotbuchen-Traubeneichenbeständen über die Stufe der Voranbauten widerspiegeln. Die Untersuchungen wurden im Mittleren Erzgebirge und im Nordsächsischen Tiefland durchgeführt. Zusammenfassend zeigte die Untersuchung (i) einen um 24 % höheren C-Input über den Streufall unter Laubholz, (ii) eine höhere C-Freisetzung durch die C-Mineralisierung, welche im Laufe des Jahres im Of-Horizont unter Laubholz (BuEi) um 68 % höher war als unter Ki und (iii) eine höhere Akkumulation von C unter laubholzbestockten Beständen. Die Oh-Lagen unter den untersuchten Voranbauten und Laubholzbeständen enthielten entsprechend hohe Anteile von 61 % (Bu) und 40 % (BuEi) des in der organischen Auflage gespeicherten C und auch die oberen Mineralböden enthielten deutlich höhere C-Mengen unter LH als unter NH. Die Mechanismen, welche zur C-Sequestrierung in der Oh-Lage unter BuEi führen, konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert durch die Humusdynamik in der organischen Auflage im verlauf eines Jahres erklärt werden. Im Gegensatz indizieren die Ergebnisse unter Ki einen verzögerten, aber vergleichbar intensiven Streuabbau im L-Horizont, gefolgt von einer Phase relativer Stagnation in der Of-Lage und einer wiederum aktiven Umsatzphase im vergleichsweise geringmächtigen Oh-Horizont. Die Menge bzw. der Anteil der langfristig gespeicherten organischen Substanz wird wesentlich durch die Streuqualität bestimmt, d.h. die Qualität der Streu steuert die bestandesspezifische Humusdynamik. Neben den standörtlichen und klimatischen Faktoren ist der Einfluss der Bewirtschaftung hingegen ein Faktor, welcher sich primär auf die Abbauaktivität und somit auf die Menge des akkumulierten C auswirken. Die für das Tiefland dokumentierten Effekte werden vermutlich auch im Erzgebirge wieder relevant sein, wenn die Kalkung an Wirkung verliert. Aus der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass im Vergleich zur Ki in der organischen Auflage unter LH (BuEi) größere Mengen C aktiv umgesetzt werden und in Folge dieser spezifischen Humusdynamik größere Mengen C in der Oh-Lage und im Mineralboden gespeichert werden können. / Against the background of the increased CO2 concentration of the atmosphere the role of the forest as C store gains interest. An especially important function comes up to soil as soils sequester more C than vegetation and atmosphere together on a global scale (Brady and Weil, 2002). In the sense of a sustainable forest management of Saxony the vast areas covering coniferous stands are currently converted to semi-natural and structured deciduous and mixed forests. It was thus, the aim of this study to show species- and management-specific effects on humus dynamics and to evaluate top soils as possible C sink. All study sites involved were arranged along sequences representing the development from pure and conventionally managed Scots pine or Norway spruce stands to more or less structured European beech or European beech/Common oak stands via advanced plantings. The study was performed in the Ore mountain region and lowland of Saxony. In sum, the study revealed (i) a by 24 % higher litter-derived C input in the deciduous stand, (ii) a higher release of C by potential C mineralisation, that was in mean of one year by 68 % significantly higher in the F layer under beech/oak than under pine, and (iii) a higher accumulation of C under deciduous stands. The H layer under the studied advanced plantings and deciduous stands contained higher portions of 61 % (beech) and 40 % (beech/oak) of the total C accumulated in the organic layer and also upper mineral soil held evidently higher C under deciduous than under the pine stand. The specific mechanisms of C storage in the H layer under the beech/oak stand were explained in detail by explaining humus dynamics in the different horizons throughout the year. In contrast, the results under pine indicate a retarded, but as intensive decomposition in the L layer, followed by a phase of relative stagnancy (F layer) and in turn again active turnover phase in the comparatively thin H layer. The amount and portion of the long-term sequestered organic matter is substantially affected by the quality of the litter, that is that litter quality rules the stand-specific humus dynamics. Besides the site- and climate-specific factors, forest management in contrast is a factor, that affects turnover activity and thus, the amount of C accumulated. The effects documented for the lowland will presumably be relevant in the Ore Mountain region once the lime looses its effect. It can be concluded that in comparison to pine in the organic layer under deciduous trees (i.e., beech/oak) a higher amount of C is actively turned over and subsequently of this specific humus dynamics a higher amount of C is sequestered in the H layer and in mineral soil.

Hintergrund und Zielstellung Im Zuge des Waldumbaus wird die Rotbuche (Fagus sylvatica L.) über Voranbau in Fichtenreinbestände eingebracht. Deren Bewirtschaftung zielt meist auf die Erzeugung von Wertholz ab. In diesem Zusammenhang dient der Fichtenschirm als Instrument der Steuerung der Ressourcenversorgung und damit der Qualifizierung der Buchen („edle Halbschattform“). Die in der Vergangenheit zumeist niederdurchforstungsartige Behandlung bedingt jedoch, dass viele Fichtenbestände hinsichtlich ihrer Stabilität keine geeigneten Ausgangsbedingungen für eine langfristige Schirmstellung bieten. Die Schadbilder infolge immer häufiger auftretender Windwurfereignisse verdeutlichen dies eindrucksvoll und belegen unmissverständlich, dass diesbezüglich Handlungsbedarf besteht. Die vorliegende Untersuchung ging daher den Folgen eines unplanmäßigen, sturmbedingten Schirmverlusts für Wachstum und Qualität vorangebauter Rotbuchen nach. In diesem Zusammenhang wurden auch der Einfluss von Pflanzendichte und Entwicklungsstadium des Voranbaus geprüft. Material und Methoden In den beiden Modellregionen „Thüringer Wald und Hügelland“ sowie „Sächsisches Erzgebirge und Vorland“ wurden Qualitätserhebungen (vgl. BÖRNER ET AL. 2003) auf insgesamt 29 Buchenvoranbauflächen durchgeführt. Auf 17 dieser Flächen wurde der Fichtenschirm im Januar 2007 durch den Orkan KYRILL meist vollständig geworfen. Seitdem entwickelten sich die Rotbuchen ohne Schirmschutz. Alle weiteren Voranbauten stehen nach wie vor unter Fichtenschirm und dienen als Referenz für Wachstum und Qualität. Jedem Voranbau wurde das auf den Freistellungszeitpunkt bezogene Entwicklungsstadium (vor oder nach Dickungsschluss) zugewiesen. Zur repräsentativen und objektiven Festlegung der Aufnahmeeinheiten in den Flächen wurde ein rasterbasiertes Probekreisverfahren gewählt. Das quadratische Gitternetz mit einer Weite von 20 m wurde mittels GPS im Gelände eingemessen. Die Rasterschnittpunkte bildeten zugleich die Zentren der 19,95 m² großen Probekreise (Plotradius: 2,52 m). Die Datenaufnahme erfolgte auf insgesamt 204 repräsentativen Plots. In jedem Probekreis wurde die Pflanzenzahl erhoben und auf Hektarwerte hochgerechnet. Für die Referenzflächen erfolgte hier weiterhin eine Ansprache des Überschirmungsgrads. Einbezogen wurden nur Plots mit locker-lichtem Fichtenschirm. Die Datenerhebung wurde an den maximal sechs höchsten Buchen eines jeden Probekreises vorgenommen und konzentrierte sich damit auf die (vor-)herrschenden und somit vitalsten Bestandesglieder. Daraus resultierte ein Stichprobenumfang von 895 Einzelbäumen. Die Datenaufnahme fand nach Abschluss der Vegetationsperiode 2012 statt, sodass seit der Freistellung sechs Jahre vergangen waren. Mathematisch-statistische Auswertung Aufgrund der räumlich geschachtelten Versuchsanlage kamen bevorzugt gemischte Modelle zur Anwendung. In Abhängigkeit vom Skalenniveau der Response-Variable und dem vorliegenden Verteilungstyp wurden lineare gemischte Modelle (LMM) oder aber generalisierte lineare gemischte Modelle (GLMM) eingesetzt. Multinomialdaten mit einer festen Rangordnung der Response-Kategorien wurden mit einem erweiterten logistischen Regressionsmodell, der Proportional Odds Logistic Regression (POLR), analysiert. Zur Umsetzung aller beschriebenen Methoden wurde die Statistiksoftware R (Version 3.0.1) genutzt. Ergebnisse • Wachstum und Zuwachsreaktion: Sechs Jahre nach dem Sturmereignis besteht kein signifikanter Höhenunterschied zwischen den Buchen auf Sturmflächen und unter Schirm. Allerdings stiegen die Haupttrieblängen ab dem zweiten Jahr der Freistellung an, sodass der Wachstumsgang der freigestellten Individuen signifikant von dem der überschirmten Bäume abweicht. Hohe Stammzahldichten im Voranbau fördern das Höhenwachstum. Das Durchmesserwachstum profitiert im Vergleich dazu deutlich stärker von der Freistellung, wie die signifikant größeren Wurzelhalsdurchmesser der freigestellten Buchen belegen. Entsprechend intensiv fiel auch die Reaktion des Radialzuwachses aus, die ohne Verzögerung bereits im Jahr der Freistellung einsetzte. Der stärkste Grünast zeigt einen im Vergleich zum Stamm synchronen Wachstumsgang, wenn auch auf niedrigerem Niveau. Unabhängig von der Überschirmung dämpfen hohe Bestandesdichten das Durchmesserwachstum. Gemessen am H/D-Verhältnis weisen die Buchen unter Schirm sowie bei hoher Pflanzendichte einen schlankeren Wuchs auf. Zwischen den beiden Entwicklungsstadien, das heißt vor oder nach Dickungsschluss, bestand kein Unterschied. • Astigkeit und Astreinigung: Sechs Jahre nach dem Schirmverlust sind an den freigestellten Buchen signifikant größere Astdurchmesser bei zugleich steileren Astwinkeln zu erkennen. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau werden die Buchen feinastiger, während der Astwinkel unbeeinflusst bleibt. ASIX und Grünastdichte sinken nur auf der Freifläche merklich, erreichen dadurch aber ab Pflanzenzahlen von 8.500 St./ha bzw. 6.000 St/ha niedrigere Werte als Buchen unter Schirm. Zwischen den beiden Entwicklungsstadien sind hinsichtlich der Wirkung des Schirmverlusts keine Unterschiede zu verzeichnen. Totastanzahl und grünastfreie Schaftlänge hingegen werden durch die Freistellung nicht beeinflusst. Auf der Freifläche wurden jedoch stärkere Totäste gefunden. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau steigen Anzahl und Durchmesser der Totäste sowie die grünastfreie Schaftlänge signifikant. Am deutlichsten tritt dieses Phänomen bei Voranbauten nach Dickungsschluss zutage. • Schaft- und Kronenmorphologie sowie Häufigkeit von Z-Baum-Anwärtern: Sechs Jahre nach dem Schirmverlust sind an freigestellten Buchen signifikant häufiger Steiläste und vor allem Zwiesel erkennbar. Im Stadium vor Dickungsschluss treten auf Freiflächen doppelt bis dreifach so häufig Tiefzwiesel auf wie unter Fichtenschirm. Mit zunehmender Pflanzenzahl im Voranbau sinkt die Zwieselanzahl moderat, der Anteil tief gezwieselter Buchen sogar rapide. Dadurch kommen im Stadium nach Dickungsschluss ab 9.000 Buchen pro Hektar unabhängig von der Überschirmung kaum noch Tiefzwiesel vor. Die gutachterliche Qualitätsansprache bestätigt, dass durchschnittlich etwa 60–70 % aller Buchen auf den KYRILL-Flächen den Zwieseltypen zuzurechnen sind, während unter Fichtenschirm mit ca. 90 % die (sehr) guten Formen dominieren. Mit zunehmender Bestandesdichte steigt der Anteil der besseren Qualitäten tendenziell, jedoch nicht signifikant. Die gutachterliche Qualitätsansprache zeigt eine sehr hohe Übereinstimmung mit der anhand von ASIX, Astwinkel und Zwieselzahl einer Buche modellierten Qualitätsklasse. Unter Fichtenschirm ist die Dichte der Z-Baum-Anwärter grundsätzlich sechsmal so hoch wie in freigestellten Voranbauten. Diese steigt aber unabhängig vom Schirm mit der Pflanzendichte des Voranbaus signifikant an. Schlussfolgerung und Handlungsempfehlungen Der Fichtenschirm hat eine herausragende Bedeutung für die Qualitätsdifferenzierung von Buchenvoranbauten. Eine locker-lichte Überschirmung stellt den geeigneten Kompromiss zwischen vitalem Wachstum und Qualitätsentwicklung der Buchen dar. Ungeachtet aller weiteren Faktoren bewirkt ein plötzlicher, unplanmäßiger Schirmverlust gravierende Qualitäts-einbußen der an den Halbschatten adaptierten Buchen. Sehr gute Qualitäten, das heißt wipfelschäftige Buchen mit gering dimensionierten, horizontal ausgerichteten Ästen und zügiger Astreinigung, sind nur durch die Kombination aus langfristig stabiler Überschirmung und Pflanzendichten im Voranbau ab 6.000–8.000 St./ha zu erreichen. Eine Kompensation des Freistellungseffekts ist durch hohe Pflanzenzahlen im Voranbau nur in sehr begrenztem Umfang möglich. Ein hoher Seitendruck kann den fehlenden Schirmdruck demnach nicht ersetzen. Selbst bei höchster Bestandesdichte waren die Formen auf den Freiflächen weitaus schlechter als unter Schirm. Dies gilt unabhängig vom Entwicklungsstadium der Voranbauten. Der Bestandesschluss bewahrt also offenbar nicht vor freistellungsbedingten Qualitätsverlusten. Allerdings gewährleisten Pflanzendichten ab 8.000–9.000 St./ha, dass die Tiefzwieselbildung in geschlossenen Buchendickungen auch bei einer abrupten Freistellung weitgehend unterbleibt und eine hinreichende Anzahl von Z-Baum-Anwärtern zur Verfügung steht. Ist es erst einmal zu einem Schirmverlust über einem Buchenvoranbau gekommen, bestehen kaum Möglichkeiten, aktiv zugunsten der Buchenqualität tätig zu werden. Die einzige Chance besteht im gezielten Erhalt bestehender Z-Baum-Anwärter und deren konsequenter Pflege. Für zukünftige Waldumbaumaßnahmen wird deshalb ein standort- und risikodifferenziertes Vorgehen beim Buchenvoranbau empfohlen. Dieses sollte sich an erster Stelle an der Stabilitätssituation des Fichtenschirms orientieren. Ausschließlich bei gegebener Stabilität ist das Produktionsziel Buchenwertholz als realistisch einzustufen, sodass kostenintensive Voranbauten mit den oben genannten Pflanzendichten angelegt werden sollten (Funktionsumbau). Bei einer offensichtlich (sehr) hohen Prädisposition der Fichtenschirme gegenüber Sturm und Borkenkäferbefall ist stattdessen ein extensiver Voranbau mit reduzierter Pflanzenzahl vorzuziehen. Dieser zielt im Sinn eines Nachhaltsumbaus primär auf eine Stabilisierung der Waldökosysteme ab und trägt zur Erhöhung der Flexibilität der zukünftigen Waldbewirtschaftung bei (WAGNER 2007, 2008). / Backround and Objectives In the course of forest conversion European beech (Fagus sylvatica L.) is introduced in spruce monocultures by advanced planting. Management of beech stands aims mostly on production the of high quality timber. In this context, the shelterwood of spruce officiates as an instrument for controlling resource availability and thus to qualify advanced planted beech. But because of low-thinning treatment in past, most spruce stands do not provide suitable conditions for long-term shelterwood with regard to their missing stability. The situation of forest damage due to periodic windthrow events illustrate this impressively and show need for action. Therefore, the present study analyzed the consequences of an unplanned, storm-related loss of canopy for growth and quality of advanced planted beech. In this context, the influence of stand density and developmental stage of advanced regeneration will be examined as well. Material and Methods In two model regions "Thuringian Forest” (middle of Germany) and "Saxon Oremountains” (East of Germany) quality investigations (cf. BÖRNER ET AL. 2003) were carried out on a total of 29 advanced planted beech stands. In 17 of these stands the spruce canopy was mostly completely thrown by hurricane KYRILL in January of 2007. Thus, the beech trees have grown without shelter since then. The other advanced regeneration stands are still under spruce canopy and serve as a reference for growth and quality. A developmental stage (before or after thicket-stage) was designated to each advanced planting site in reference to the time of overhead canopy release. For representative and objective definition of experimental plots a grid-based plotdesign was used. The square grid with distance of 20 m was calibrated by GPS in the field. The grid inter-sections built the centers of 19.95 m² circular sample areas (plot radius 2.52 m). Data was collected on a total of 204 representative plots. On each plot, the number of beech plants was collected and extrapolated to hectare values. In addition, the canopy closure was also estimated for reference plots within the sample plots. For data collection only plots with moderate canopy closure were included (maximum area of canopy gaps: one crown projection). Data collection was carried out at maximum of six highest trees per plot. Thus it is concentrated on (pre-) dominant and therefore most vital individuals. This resulted in a sample size of 895 trees. The data collection was started after growing season in 2012, six years after canopy release. Mathematical and statistical analysis Due to spatially nested plot design Mixed Models have been applied preferably. Depending on scale level of the response variable and given distribution type, Linear Mixed Models (LMM) or Generalized Linear Mixed Models (GLMM) were used. Multinomial data with fixed order of response categories was analyzed with an extended logistic regression model, the Proportional Odds Logistic Regression (POLR). These calculations were implemented by statistical software R (version 3.0.1). Results • Growth and reaction of annual increment: Six years after the storm event there is no significant difference in height between beech trees on storm areas and such under shelterwood. However the annual increment of terminal shoot rose from the second year after release, so the trend of increment deviates significantly from beech trees under shelterwood. High stand density in advanced planting promotes height growth. Diameter growth benefits significantly more from release compared to height growth. So released beech trees showed significantly larger root collar diameters. Reaction of radial increment, which began immediately after release, was appropriately intensive. The thickest living branch shows synchronous trend of increment, but on a lower level. Regardless of canopy cover high stand densities delimitate diameter growth. The H/D-ratio demonstrated that beech trees under shelterwood and in high density stands showed more slender forms. There was no difference between the two developmental stages. • Branchiness and natural pruning: Six years after the loss of spruce canopy significantly greater branch diameters in combination with steeper branch angles were found on released beech trees. With increasing stand density in advanced planting the beeches showed finer branches while branch angles remain unaffected. ASIX and the density of living branches decreases appreciably for released trees only, so reached lower values than trees under shelterwood by stand densities off 8.500 pcs/ha and 6.000 pcs/ha, respectively. There was no difference of release effect between the developmental stages. Number of dead branches and bole-length without living branches however, were not affected by loss of canopy. However more dead branches were found on beeches in the opening. With increasing stand density in advanced planting, the number and diameter of dead branches and bole-length without living branches increased significantly. This was most distinct for beech stands that reached thicket-stage before release. • Stem- and crown shape, number of crop tree candidates: Six years after canopy-loss, released beeches showed significantly more steep branches and especially forks. Released stands before thicket-stage showed two to three times as likely deep-forks in relation to stands under spruce canopy. With increasing stand density in advanced planting the number of forks per trees decreased moderately, the proportion of deep-forks even rapidly. In consequence, regardless of the canopy cover, deep-forks only occurred marginally in beech stands after thicket-stage with at least 9.000 pcs./ha. The expert quality estimation confirms that on average about 60–70 % of beeches on KYRILL sites belong to a “fork type”, while under spruce shelterwood (very) good shapes dominate with about 90 %. With increasing stand density, the proportion of good shapes tends to increase, however not significantly. The estimated quality class showed a very high correlation with the modeled one, based on ASIX, branch angle and fork number per beech. The density of crop tree candidates under spruce canopy is basically six times as high as in released stands. However, regardless of shelterwood it increases significantly with stand density. Conclusion and silvicultural implication: Spruce canopy is of outstanding importance for quality and differentiation of advance planted beech. A moderate shelterwood is the appropriate compromise between vital growth and good quality development. Regardless of any other factors, a sudden and unplanned loss of canopy effects a loss of quality of shade adapted beech trees. Very good qualities, that means straight to top trees with fine, horizontally oriented branches and timely self-pruning, can only be achieved by combining of long-term shelterwood and stand densities in advanced planting of at least 6.000–8.000 pcs./ha. Compensation of the release effect through high stand density in advanced planting is only possible to a very limited extent. High intraspecific competition cannot replace the lack of shelterwood. Beech shapes were far worse than under shelterwood, even at the highest stand density. This applies regardless of the developmental stage of a beech stand. So closing of advanced planted beech stand (thicket-stage) does not prevent release related quality losses. However, plant densities from 8.000–9.000 pcs./ha ensure that deep fork formation in closed beech thickets is largely suppressed and a sufficient number of crop tree candidates is available, even after abrupt release. Once an abrupt loss of canopy above advanced planted beech has occurred, there are hardly any opportunities to actively engage in favor of beech quality. The only chance is maintenance of existing crop tree candidates and their consistent care. Therefore, for future forest conversion with beech, a site- and risk-differentiated approach is recommended for advanced planting. This should be based firstly on the stability of shelterwood. Only with high stand stability, the target of high-grade beech-timber is realistic, so costly beech plantings with high stand density mentioned above should be applied. For spruce stand with an obvious (very) high risk towards bark beetles and / or storms, an extensive advanced planting with reduced stand density is preferable. In terms of “Sustainability-conversion” this aims primarily on stabilizing forest ecosystems and increasing flexibility for future forest management (WAGNER 2007, 2008).

Vor dem Hintergrund der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre gewinnt die Rolle des Waldes als C-Speicher zunehmend an Bedeutung. Eine besonders wichtige Funktion kommt hierbei dem Boden zu, denn Böden speichern weltweit mehr C als Vegetation und boden zusammen (Brady and Weil, 2002). Im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung werden in Sachsen derzeit großflächig die bestehenden Nadelforsten in naturnahe, strukturierte Laub- und Laubmischwälder umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war es daher, baumarten- und bewirtschaftungsspezifische Effekte auf den Humus und die C-Speicherung im Waldboden aufzuzeigen. Die Untersuchungsflächen wurden entlang von Waldumbausequenzen gruppiert, welche die Entwicklung von konventionell bewirtschafteten Kiefern- und Fichten-Reinbeständen zu mehr oder weniger strukturierten Rotbuchen- und Rotbuchen-Traubeneichenbeständen über die Stufe der Voranbauten widerspiegeln. Die Untersuchungen wurden im Mittleren Erzgebirge und im Nordsächsischen Tiefland durchgeführt. Zusammenfassend zeigte die Untersuchung (i) einen um 24 % höheren C-Input über den Streufall unter Laubholz, (ii) eine höhere C-Freisetzung durch die C-Mineralisierung, welche im Laufe des Jahres im Of-Horizont unter Laubholz (BuEi) um 68 % höher war als unter Ki und (iii) eine höhere Akkumulation von C unter laubholzbestockten Beständen. Die Oh-Lagen unter den untersuchten Voranbauten und Laubholzbeständen enthielten entsprechend hohe Anteile von 61 % (Bu) und 40 % (BuEi) des in der organischen Auflage gespeicherten C und auch die oberen Mineralböden enthielten deutlich höhere C-Mengen unter LH als unter NH. Die Mechanismen, welche zur C-Sequestrierung in der Oh-Lage unter BuEi führen, konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert durch die Humusdynamik in der organischen Auflage im verlauf eines Jahres erklärt werden. Im Gegensatz indizieren die Ergebnisse unter Ki einen verzögerten, aber vergleichbar intensiven Streuabbau im L-Horizont, gefolgt von einer Phase relativer Stagnation in der Of-Lage und einer wiederum aktiven Umsatzphase im vergleichsweise geringmächtigen Oh-Horizont. Die Menge bzw. der Anteil der langfristig gespeicherten organischen Substanz wird wesentlich durch die Streuqualität bestimmt, d.h. die Qualität der Streu steuert die bestandesspezifische Humusdynamik. Neben den standörtlichen und klimatischen Faktoren ist der Einfluss der Bewirtschaftung hingegen ein Faktor, welcher sich primär auf die Abbauaktivität und somit auf die Menge des akkumulierten C auswirken. Die für das Tiefland dokumentierten Effekte werden vermutlich auch im Erzgebirge wieder relevant sein, wenn die Kalkung an Wirkung verliert. Aus der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass im Vergleich zur Ki in der organischen Auflage unter LH (BuEi) größere Mengen C aktiv umgesetzt werden und in Folge dieser spezifischen Humusdynamik größere Mengen C in der Oh-Lage und im Mineralboden gespeichert werden können. / Against the background of the increased CO2 concentration of the atmosphere the role of the forest as C store gains interest. An especially important function comes up to soil as soils sequester more C than vegetation and atmosphere together on a global scale (Brady and Weil, 2002). In the sense of a sustainable forest management of Saxony the vast areas covering coniferous stands are currently converted to semi-natural and structured deciduous and mixed forests. It was thus, the aim of this study to show species- and management-specific effects on humus dynamics and to evaluate top soils as possible C sink. All study sites involved were arranged along sequences representing the development from pure and conventionally managed Scots pine or Norway spruce stands to more or less structured European beech or European beech/Common oak stands via advanced plantings. The study was performed in the Ore mountain region and lowland of Saxony. In sum, the study revealed (i) a by 24 % higher litter-derived C input in the deciduous stand, (ii) a higher release of C by potential C mineralisation, that was in mean of one year by 68 % significantly higher in the F layer under beech/oak than under pine, and (iii) a higher accumulation of C under deciduous stands. The H layer under the studied advanced plantings and deciduous stands contained higher portions of 61 % (beech) and 40 % (beech/oak) of the total C accumulated in the organic layer and also upper mineral soil held evidently higher C under deciduous than under the pine stand. The specific mechanisms of C storage in the H layer under the beech/oak stand were explained in detail by explaining humus dynamics in the different horizons throughout the year. In contrast, the results under pine indicate a retarded, but as intensive decomposition in the L layer, followed by a phase of relative stagnancy (F layer) and in turn again active turnover phase in the comparatively thin H layer. The amount and portion of the long-term sequestered organic matter is substantially affected by the quality of the litter, that is that litter quality rules the stand-specific humus dynamics. Besides the site- and climate-specific factors, forest management in contrast is a factor, that affects turnover activity and thus, the amount of C accumulated. The effects documented for the lowland will presumably be relevant in the Ore Mountain region once the lime looses its effect. It can be concluded that in comparison to pine in the organic layer under deciduous trees (i.e., beech/oak) a higher amount of C is actively turned over and subsequently of this specific humus dynamics a higher amount of C is sequestered in the H layer and in mineral soil.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie der Buchen-Voranbau als Regelverfahren des Waldumbaus von Fichtenreinbeständen angelegt und bewirtschaftet werden soll, damit keine Qualitätseinbußen entstehen und das Wachstum unter Schirm nicht zu stark geschmälert wird. Dahinter stehen im Kern drei Fragen. Die erste zielt darauf ab herauszufinden, welche Auflichtung in Fichtenaltbeständen notwendig und zweckmäßig ist. Dabei lässt sich der Bogen über zu dichte Oberstände und die Gefahr des Kümmerns sowie dauerhaft plagiotropen Wuchses sowie eine zu niedrige Schirmdichte spannen, die wiederum das Risiko von Frostschäden verstärken kann und negative Auswirkungen für die Qualität bedeutet. Zweitens ist von Interesse, ab welchem Alter der Voranbau-Buchen (Standzeit seit der Pflanzung) sich mögliche Qualitätsunterschiede überhaupt bemerkbar machen. Drittens wird gefragt, ob sich die teure Anlage von Voranbauten mit hohen Stückzahlen lohnt, wenn qualitativ gute Dickungen und angehende Stangenhölzer erzielt werden sollen. Die zu untersuchende Alternative lautet dabei, ob die Pflanzenzahlen abgesenkt werden können und der Verlust an qualitätsförderndem Seitendruck durch einen dichteren Altbestandesschirm aufgefangen werden kann. Die abgeleiteten Arbeitshypothesen unterstellen der Fichtenüberschirmung und der Pflanzenzahl im Voranbau einen gerichteten Effekt auf Wachstum, Stabilität, Astreinheit, Astreinigung, Stammform und Achsenmorphologie der Buchen-Vorausverjüngung. Es wird außerdem angenommen, dass sich Unterschiede in Überschirmungsdichte und Pflanzenzahl erst ab einem bestimmten Alter bemerkbar machen. Die zwölf Untersuchungsflächen liegen im nordrhein-westfälischen Sauerland und im sächsischen Elbsandsteingebirge in einer Höhenlage zwischen 250 und 550m ü NN auf terrestrischen Standorten mittlerer bis ziemlich armer Trophie. Die Altbestände sind zwischen 66 und 102 Jahre alt und weisen fünf Jahre vor der Datenaufnahme konstante Schirmdichten auf. Die Buchenvoranbauten sind mindestens horstweise angelegt und seit ihrer Pflanzung ohne Pflege- oder Ästungsmaßnahmen. Das Alter variiert zwischen acht und 20 Jahren, die 1,68 bis 11,70m hoch sind. Eine Verbissbelastung kann ausgeschlossen werden. Die Stückzahl je Hektar variiert zwischen 4.444 und 10.417 Stck./ha. Die Flächen lassen sich einer zweistufigen Versuchsanlage zuordnen. In der ersten Stufe variieren Alter, Überschirmungsdichte und Dichte im Voranbau. Je nach den Verhältnissen auf der Fläche werden in homogenen Voranbauten rechteckige Kernflächen etabliert und in Subflächen unterteilt. Bei weiten Pflanzverbänden oder ungleichmäßiger Bestockung dient ein Probekreisraster dazu, die Probebuchen auszuwählen. Die Anzahl an Probebuchen wird im Nachhinein um solche bereinigt, die Schäden haben, nicht vital sind, unteren soziologischen Klassen angehören oder von anderen Baumarten in der Verjüngung berührt werden (n=2.991). Für alle diese Buchen werden im ersten Teil der Arbeit das Alter, der mittlere Standraum und die direkt über dem Wipfeltrieb befindliche Überschirmungsdichte mit der Qualitätseinstufung (sehr gut, gut, zwieselig, unzureichend) in Verbindung gebracht. Dieses Merkmal betrachtet die Gesamtmorphologie als Kombination aus vier Kronen- und drei Stammformklassen. Als statistische Methode wird ein kumulatives, gemischtes Schwellenwertmodell verwendet. Es ermöglicht, eventuelle unerwünschte räumliche Korrelationen aus dem Regressionsmodell zu eliminieren. Dazu werden die Daten auf Ebene der Plots bzw. Subflächen aggregiert. Der Stichprobenumfang reduziert sich dadurch auf n=619. Das Ergebnis zeigt, dass ein weiterer Standraum zu einer höheren Wahrscheinlichkeit schlechterer Qualitätstypen führt und andererseits eine intensivere Überschirmung diesen Trend umkehrt. So sind bei gleicher Wahrscheinlichkeit für sehr gute und gute Buchen entweder 7.140 Stck./ha bei moderatem Schirm oder 2.860 Stck./ha bei intensivem Schirm nötig. In der Validierung des Modells zeigen sich jedoch gravierende Unterschiede anhand der Daten aus den beiden Bundesländern. Im zweiten Teil der Untersuchung wird von den vorausgewählten Probebuchen eine Unterstichprobe von n=186 gezogen um daran Höhe, Wurzelhalsdurchmesser, hd-Wert, den maximalen Grünastdurchmesser je Schaftabschnitt (Schaftabschnitt 1: 0,0-1,5m, Schaftabschnitt 2: 1,5-3,0m, Schaftabschnitt 3: 3,0-4,5m), den relativen maximalen Grünastdurchmesser (ASIX von STRUCK & DOHRENBUSCH 2000), den kleinsten Grünastansatzwinkel, den Astwinkelindex von HAGEMANN (2005), das Vorhandensein von steilen Ästen, den Schaftanteil ohne Grünäste, den neu eingeführten Ästigkeitsindex, den Durchmesser des stärksten Totastes, den relativen Durchmesser des stärksten Totastes (ASIX), das Auftreten von Tiefzwieseln, die Ansatzhöhe des untersten Zwiesels, die Stammneigung und die Krummschaftigkeit zu messen, einzuschätzen bzw. aus Hilfsmessgrößen zu berechnen. Die Konkurrenzsituation dieser Einzelbuchen wird in Bezug auf den Oberstand und den Voranbau erfasst. Beim Oberstand sind es die Grundfläche je Hektar und der HEGYI-Index, die auf eingemessenen Stammverteilungsplänen der Kernflächen bzw. Plotrasterflächen beruhen, die um einen Rahmenbereich von 15m Breite ergänzt werden. Innerhalb der Verjüngung sind es der mittlere Standraum, der HEGYI-Index mit zwei verschiedenen Suchmodi (Suchradius 1/3 der Höhe und Suchkegel mit 60° Öffnungsweite am Baumfußpunkt) und der neu eingeführte Ast-Index nach CLUZEAU et al. (1994), der nahe am Baum stehende Buchen mit ihrem am weitesten auf den Zentralbaum zuragenden Ast und dessen Parametern einbezieht. Die berechneten Regressionsmodelle sind alle gemischt und fangen über einen gestuften Zufallseffekt mögliche unerwünschte räumliche Korrelationen auf. Die verwendeten Modelltypen sind die lineare und die binäre logistische Regression. Bei der Auswertung werden die unabhängigen Variablen in acht festen Varianten miteinander kombiniert. Neben der Homoskedastizität der Residuen beim linearen Modell sind die Modelle u.a. auf eine mögliche erhöhte Multikollinearität hin überprüft. Aus den maximal acht Regressionsmodellen pro Qualitätsmerkmal ist dasjenige das Endmodell, welches den niedrigsten Strafterm (AIC-Kriterium) verbunden mit einer akzeptablen Multikollinearität aufweist. Im Ergebnis ist der HEGYI-Index sowohl für den Oberstand als auch für die Verjüngung überdurchschnittlich häufig in den Endmodellen vertreten. In der Diskussion steht die Frage nach der Genauigkeit der Oberstands-Indices, die durch den zu kleinen Rahmenbereich von 15m und daher möglicherweise fehlenden, aber wirksamen Konkurrenten beeinträchtigt wird. Die Ergebnisse für die Einzelmerkmale zeigen, dass ein enger Standraum unverzichtbar ist, wenn qualitativ hochwertige Buchen herangezogen werden sollen. Kein Merkmal verhält sich in Bezug darauf indifferent. Zusätzlich bedarf es eines dichten Schirms, wenn die absoluten Grünastdurchmesser in allen drei Schaftabschnitten gering, der relative Grünastdurchmesser im Schaftabschnitt 3,0 bis 4,5m niedrig, der Grünastansatzwinkel in Bezug auf die Vertikale weit, der astfreie Schaftanteil hoch und die relative Dimension des stärksten Totastes groß sein sollen. Demgegenüber stellt eine niedrige Überschirmungsintensität bei engem Standraum in der Verjüngung sicher, dass sich die Höhe nicht zu stark reduziert, der relative Grünastdurchmesser minimal wird, der Durchmesser bereits abgestorbener Äste steigt, Tiefzwiesel weniger wahrscheinlich sind und der unterste Zwiesel hoch ansetzt. Steile Äste sind nur dann weniger wahrscheinlich, wenn der Standraum eng ist. Der Überschirmung gegenüber verhält sich dieses Merkmal dagegen indifferent. Ein weiter Standraum bewirkt in Kombination mit einem intensiven Schirm, dass die Schäfte junger Buchen weniger stark gekrümmt sind oder schief stehen. Die jungen Stämme sind bei weitem Standraum häufiger zweischnürig, was unabhängig von der Überschirmungsdichte ist. Bezüglich der Wurzelhalsdurchmesser und der hd-Werte wirkt sich ein weiter Standraum positiv aus, wenn gleichzeitig ein Schirm geringer Dichte über dem Voranbau stockt. Insofern werden die Arbeitshypothesen nicht vollumfänglich bestätigt, weil auch indifferente Reaktionsmuster der jungen Buchen vorkommen. Der Alterseffekt bzw. die Auswirkungen der unterschiedlichen Buchenhöhen sind in Bezug auf die Höhe, den Wurzelhalsdurchmesser, den stärksten Grünastdurchmesser im mittleren Schaftabschnitt, den grünastfreien Stammanteil, die Astreinigung in den unteren beiden Abschnitten, den absoluten und relativen Durchmesser des stärksten Totastes, der Stammneigung und die Krümmungsstärke besonders ausgeprägt. In der Diskussion wird die Reaktion der jungen Buchen auf unterschiedliche Auswirkungen der Konkurrenz in Raum und Zeit aufgegriffen. Die Bäumchen reagieren sowohl auf physiologischer, histologischer, anatomischer und morphologischer Ebene, was sich im Laufe der Entwicklung in der Bedeutung für den gesamten Organismus verschiebt. Diese vielfältigen Reaktionen können dafür verantwortlich gemacht werden, dass Unterschiede bei den ausgewerteten Qualitätsmerkmalen hervortreten. Zusätzlich wird die Frage diskutiert, welchen Einfluss genetische Komponenten oder der Standort auf die Qualität haben können. Für die Praxis wird empfohlen, die Pflanzenzahlen nicht unter 7.700 Stck./ha abzusenken. Für die Überschirmung ist eine Grundfläche von 25-40m²/ha empfehlenswert, wobei der Altbestand erst nach 20 Jahren vollständig geräumt werden soll. Zu dichte Fichtenoberstände sind u. a. aus Gründen der Wuchshemmung für den Voranbau, der damit einhergehenden Produktionszeitverlängerung und dem gesteigerten Risiko von Bruch und Wurf des Oberstandes nicht anzuraten. Für eine Absenkung der Pflanzenzahlen ist aus Sicht der Qualität im Voranbau lediglich ein Rahmen von 5.000 bis 7.700 Stck./ha denkbar. Diese Absenkung geht zu Lasten der Astreinigung und Feinästigkeit und sie erfordert außerdem, den Oberstand bei Grundflächen über 40m²/ha zu halten und in einem Zeitraum von mehr als 20 Jahren langsam abzuräumen. Das Bestreben bei den Pflanzen- und Pflanzungskosten einzusparen, wird insgesamt als risikobehaftet eingestuft. / The following study deals with the problem how to install and to manage advance-planting as a standard method for forest conversion in order to obtain a good quality combined with an adequate growth of young beech trees. There are three main questions that have to be answered. First, it is necessary to point out the intensity of a spruce shelter which is needed for the mentioned aims. On the one hand nor it is favourable for the vitality nor it is for the morphology of the underplanted beeches if spruce shelters are too dense. On the other hand a too sparse shelter increases the risk of frost damage and other negative effects on beech quality. Second, it has to be revealed at which time since plantig differences in quality due to various competition conditions become visible. Third, one needs to know if the use of a high amount of plants is worthwile in order to obtain the desired quality traits of thickets and young poles. Maybe it could be a meaningful alternative to plant less beeches under a more dense spruce shelter. It is hypothesized that there exists a directional effect of spruce shelter intensity as well as underplanting density on growth, stability, branchiness, stem form and morphology of advance-planted beeches. Furthermore it is supposed that young beeches show a visible reaction not immediatly after planting. Within the scope of the study, twelve sample areas were established in North-Rhine-Westphalia in the Sauerland region as well as in Saxony in the Sandstone Mountain region. The stands stock at terrestrial sites which are elevated between 250 and 550 m above sea level. The spruce shelters vary in age from 66 to 102 years and have had a constant density five years before data collection started. The underplantings have at minimum clump size and vary in age since planting from eight to 20 years with heights from 1,68 to 11,70m. They are not damaged through browsing and no thinning or pruning have taken place. The density within the underplantings lies between 4.444 and 10.417 pieces per hectare. At the study site, a two-staged sampling design is used. The first stage varies age of the young trees, shelter density and density within the underplanted area. If the beeches are homogeneously planted, rectangular plots were established, subdivided into smaller units. If the planting resulted in wide-spread or a scattered, inhomogeneous spatial distribution of young beech trees, circular sample plots were established fixed in a regular grid pattern. The relevant sample trees are vital beeches of a high sociological order without damage and without a visible competition caused by young naturally established individuals of other tree species (n=2.991). The first part of the study analyzes the effect of age, mean standing area per beech and shelter density on morphological quality (very good, good, forked, not sufficient). This trait focuses on the habitus of a young beech where crown form (four classes) and stem form (three classes) are combined. As statistical method for the analysis a mixed proportional-odds regression model is used. By this means undesirable spatial autocorrelation residual structures can be eliminated which can potentially be found. In order to reach this, sample data had to be aggregated on subplot respectively on circular sample plot level (n=619). The result shows on the one hand the negative effect of widely spaced beeches. This leads to a higher probability of worse quality classes. On the other hand, a more dense shelter can reverse the mentioned effect of a sparse density in underplanted areas. Either 7.140 beeches per hectare at a moderate shelter density or 2.860 pieces per hectare at a dense shelter will lead to the same probability level of very good and good beeches. The validation of the regression model shows great differences between the data from NRW and SAX. In the second part of the study at a subsample of 186 beeches following quality treats are measured respectively calulated afterwards: height, girth at a height of 20cm above ground, hd-ratio, diameter of the thickest living branch per stem sector (stem sector 1: 0,0-1,5m, stem sector 2: 1,5-3,0m, stem sector 3: 3,0-4,5m height above ground), relative branch diameter of the thickest living branch (ASIX after STRUCK & DOHRENBUSCH 2000), minimal branching angle out of all measured living branches, branch-diameter-angle-index of HAGEMANN (2005) for the thickest alive branch, steep branches, relative length of the branch-free bole, a new branchiness-index, absolute and relative diameter of the thickest dead branch, occurence of low forks, height of the first fork, stem leaning and crookedness. The competitional situation is assessed related to shelter as well as to regeneration. Several competition indices are used. For the spruce shelter, basal area per hectare and the index after HEGYI are calculated, based on stand maps which are established at the sample plots and additionally at a surrounding area as a margin with width of 15m. Within the regeneration, the mean standing area, two variants of the index after HEGYI based on two selection modi (radius 1/3rd of the height and searching cone with an angle of 60°) and a newly introduced branch competition index after CLUZEAU et al. (1994) are the tools to quantify the intensity of competition. The new branch competition index uses competitors nearby and in particularly their branch which is directly oriented to the sample tree and has simultaneously the greatest horizontal elongation. The regression models are mixed ones and use a spatially hierachical random effect in order to eliminate undesirable spatial correlation structures of residuals. As model types, linear and binary logistic regression types are used. The analysis combines independent variables to eight fixed variants. All linear models are investigated if their residuals are homogeneously distributed, furthermore all models are checked for an acceptable extent of collinearity amongst others. The further analysed and interpreted model ist the result of a selection process focused on an acceptable extent of collinearity and a low AIC-value. The competition index after HEGYI is the one which has the best performance among all used indices, for shelter density as well as in relation to regeneration density. Methodically, accuary of the shelter-competition-indices is discussed. The unaccuracy evolved from the fixed margin width of 15m and the fact that relevant competitors outside of this zone are missing. The results clearly show the importance of a narrow spacing in the underplanting in order to reach the goal. There is no quality trait which does not show a reaction to a varying spacing. Additionally, a dense shelter is needed if diameters of the thickest alive branches in all stem sections and the relative branch diameter at a stem height from 3,0 to 4,5m shall be small, if the branching angle shall be wide in respect to the stem axis, if the branch-free bole shall be long and if the relative branch diameter of the thickest dead branch shall be of great dimension. In contrast, a low shelter density combined with narrowly planted beeches supports other quality traits: height is not reduced so much, relative branch diameter of the thickest living branch decreases, dead branch diameter reaches a high level, low forks do not occur frequently and forking appears in the uppermost parts of the stem. Steep branches do less prevail only, if there is a narrow spacing independent of shelter density. If spacing is wide, highly crooked stems or vertical intensively leaned ones are rare. Independently of shelter density, stem form ist less crooked. Wide spacings and simultaneously a low shelter density lead to tight stem diameters of underplanted beeches and therefore to a good stability. That is why the postulated hypotheses can not completely be accepted – there are indifferent growth reactions related to quality traits, too. Age effect and impact of varying beech heights, respectively, can mainly be detected in relation to height, stem diameter, diameter of the thickest living branch in the second stem section, branch-free bole length, pruning dynamics in the lowermost stem sections, absolute and relative branch diameter of the thickest dead branch, stem leaning intensity and to intensity of crookedness. The general discussion argues the reaction of the young beech trees to different effects of competition dependent of space and time. The young beeches show a clear physiological, histological, anatomical and morphological response which is attended by a shift of importance during life time. The sum of response is the reason for differences in quality traits detected in the study. Additionally the discussion focuses on genetic aspects and site conditions which also may have an impact. Practical recommendations lead to an amount of 7.700 pieces per hectare as a minimum to let management match the quality goals. Spruce shelter density should vary between 25 to 40m² per hectare, optimally lasting ca. 20 years before complete removing. If the spruce shelter becomes too dense, this is not any more appropriate for an acceptable regeneration growth intensity which leads to a prolonged production time for the beech understorey. Also the risk of dying old overstorey stocking is increased. If regeneration density has to be decreased for operative reasons, 5.000 to 7.700 pieces per hectare are recommended. Nevertheless pruning dynamics will deteriorate and branchiness will also increase. Furthermore an approach like this requires a dense spruce shelter beyond 40m² per hectare whith a longer lasting period, longer than 20 years, until complete removing. If someone wants to economize on planting costs one should keep in mind the mentioned risks and efforts on the whole. At the end the study takes into account how forest conversion is generally discussed with respect to the needs of wood-working industry which are in contrast to the widely used silvicultural method.

Das hier vorgestellte Untersuchungsvorhaben hatte zum Ziel, natürliche Rationalisierungspotenziale im Forstbetrieb durch die Nutzung der spontanen Naturverjüngung von Buche und Eiche im Waldumbau zu identifizieren. Für eine großflächige sowie mittel- und langfristige Waldbauplanung sollten zu diesem Zwecke Prognoseinstrumente entwickelt werden, mit deren Hilfe die Etablierung der Naturverjüngung und deren Struktur abgeschätzt werden können. Einflussfaktoren für das Vorhandensein und die Dichte von Buchen- und Eichenverjüngung wurden vor dem theoretischen Hintergrund zur Samenlimitierung und Etablierungslimitierung nach Clark et al. (2007) untersucht. Die Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass die Eiche im Untersuchungsgebiet durch Etablierungsbedingungen in ihrem Vorhandensein und ihrer Dichte limitiert ist. Die Ausbreitungsdistanz der Eiche übersteigt die der Buche deutlich und nur wenige Standorte lagen möglicherweise außerhalb der Reichweite von zoochoren Vektoren. Im Gegensatz dazu scheint die Verjüngung der Buche im Untersuchungsgebiet Samen limitiert zu sein. Die Etablierungsbedingungen schränken die Verjüngung der Buche in geringerem Maße ein. Die Dynamik des Klimawandels könnte jedoch zu einer Verbesserung der Etablierungsbedingungen für die Eiche und zu einer Verschlechterung der Bedingungen für die Buche führen. Mit den Prognoseinstrumenten, die in dieser Studie auf der Grundlage der Stichprobeninventurdaten gewonnen wurden, lässt sich räumlich abschätzen, welcher Faktor die Naturverjüngung von Buche und Eiche begrenzt, in welchen Bereichen Naturverjüngung zu erwarten ist und in welchen Bereichen Naturverjüngung durch gezielte waldbauliche Maßnahmen gefördert werden kann. So kann das enorme Rationalisierungspotenzial der Naturverjüngung genutzt und räumliche Entscheidungen über notwendige Waldumbauaktivitäten getroffen werden. / The aim of the research presented here was to identify natural potential for rationalisation in forest management by exploiting the spontaneous natural regeneration of beech and oak to drive forest conversion. Tools were to be developed for large-scale, medium- and long-term silvicultural planning. The purpose of these tools was to help estimate the extent of the establishment of natural regeneration and its structure. Factors influencing the presence and density of beech and oak regeneration were investigated in the context of the theoretical background to seed limitation and establishment limitation according to Clark et al. (2007). The results presented in this study lead to the conclusion that oak is limited in terms of occurrence and density by establishment conditions within the study area. The dispersal distance of oak clearly exceeds that of beech, and only a few sites were possibly beyond the range of zoochorous vectors. By contrast, beech regeneration in the study area appears to be seed-limited. The establishment conditions limit beech regeneration to a lesser extent. However, the dynamics of climate change could improve the establishment conditions for oak and worsen the establishment conditions for beech. Using the forecasting tools developed in this study on the basis of the sample plot inventory data, it is possible to estimate in space the factor limiting the natural regeneration of beech and oak, to identify the areas where natural regeneration can be expected and where natural regeneration should be promoted by means of targeted silvicultural measures. In this way, the enormous rationalisation potential inherent in natural regeneration can be exploited and spatially explicit decisions can be made in relation to necessary forest conversion activities.