| dc.contributor.advisor | Vor, Torsten Dr. | |
| dc.contributor.author | Burkardt, Katharina | |
| dc.date.accessioned | 2022-03-10T15:06:51Z | |
| dc.date.available | 2022-03-17T00:50:08Z | |
| dc.date.issued | 2022-03-10 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/13919 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1965 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.subject.ddc | 634 | de |
| dc.title | Influence of competition and other factors on crown and stem characteristics of northern red oak | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Ammer, Christian Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-07-22 | de |
| dc.description.abstractger | Die in Nordostamerika und dem angrenzenden Südostkanada beheimatete Roteiche wurde
1691 nachweislich in Europa eingeführt und zunächst in Parks und Gärten angepflanzt. In
den nachfolgenden Jahrhunderten fanden drei forstliche Anbauperioden statt, welche der
Roteiche sowohl ein gutes Wachstum als auch günstige waldbauliche Behandlungsmöglich-
keiten bescheinigten. Der Anbau heimischer Baumarten stand jedoch stets im Fokus der
Forstwissenschaft. Aktuell führt der Klimawandel zu Vitalitätseinbußen bis hin zu einem flä-
chigen Waldsterben, wodurch die Anbaueignung derzeit forstlich relevanter, heimischer
Baumarten mit Unsicherheiten behaftet ist. Die Roteiche wird als eine Baumart einge-
schätzt, die auf geeigneten Standorten zukünftige Klimaveränderungen in Deutschland aus-
halten und als Mischbaumart das Risiko für Forstbetriebe reduzieren kann. Mit einem Flä-
chenanteil von 55.000 ha stellt Q. rubra die häufigste nichtheimische Laubbaumart dar, de-
ren Holz schnell an Zuwachs gewinnt und für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten
genutzt werden kann. Bisher gibt es wenige empirische Untersuchungen zur waldbaulichen
Behandlung der Roteiche in Deutschland und auch aus Sicht der Praktiker gibt es diverse
Unsicherheiten bezüglich der Intensität und Häufigkeit der Eingriffe.
Ziel dieser Studie war es deshalb, den Einfluss von Konkurrenz - welche durch die Intensität
und Häufigkeit waldbaulicher Eingriffe gesteuert werden kann - auf Kronen- und Stamm-
merkmale der Roteiche zu untersuchen. Hierbei wurden folgende Hypothesen aufgestellt:
1: Zunehmende Konkurrenz führt zu kürzeren und schlankeren Baumkronen; 2: Zuneh-
mende Konkurrenz resultiert in einer geringeren Anzahl an äußeren Stammmerkmalen, die
sich negativ auf die kommerzielle Holzqualität der Roteiche auswirken. 3: Konkurrenzef-
fekte auf Stamm- und Kronenmerkmale werden durch genetische Variation überlagert. 4:
Die Stammform und die Anzahl der Rindenanomalien - beides Indikatoren für die Stamm-
qualität - unterscheiden sich zwischen kanadischen und deutschen Beständen aufgrund un-
terschiedlicher waldbaulicher Behandlungen. 5. Zunehmende Konkurrenz zwischen Rotei-
chen führt zu einer geringeren Anzahl an äußeren Stammmerkmalen, unabhängig vom Be-
wirtschaftungssystem (Großschirmschlag vs. Auslesedurchforstung). Die Ergebnisse der Un-
tersuchung zeigen, dass Konkurrrenz der Hauptfaktor ist, der die Baummorphologie der
Roteiche beeinflusst. Im Einzelnen wurde festgestellt, dass verschiedene Kronenmerkmale,
die sowohl der vertikalen als auch der horizontalen Kronenausdehnung zugeordnet werden,
mit zunehmender Konkurrenz kleiner werden. Damit kann die erste Hypothese dieser Un-
tersuchung bestätigt werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kronenausdeh-
nung ein guter Prädiktor für die Stärke der Konkurrenz ist, der der jeweilige Baum ausge-
setzt ist. Der Grad der Lichterfassung von Bäumen ist von der Kronenausdehnung abhängig.
Eine konkurrenzbedingte Verringerung der Kronengröße, kann sich negativ auf die Wachs-
tumsleistung und damit auf die Produktivität des Baumes auswirken. Die zweite Hypothese
kann ebenfalls verifiziert werden, da eine hohe Konkurrenzstärke bei Q. rubra zu einer Ab-
nahme der äußeren (d. h. unerwünschten) Stammmerkmale führte, insbesondere der Un-
rundheit des Stammes und der Anzahl der Rindenanomalien. Das Maß für die Anzahl der
Rindenanomalien umfasst sowohl die Astigkeit als auch Unregelmäßigkeiten auf der
Stammoberfläche (Stammverletzungen, beispielweise ausgelöst durch Rücke- oder Fäll-
schäden). Da astbedingte Holzfehler bei vielen Baumarten als Hauptursache für eine abneh-
mende Stammqualität angesehen werden, bestätigt diese Studie, dass die Roteiche, ähnlich
wie viele andere heimische Baumarten, in den Phasen der frühen Bestandsentwicklung eine
höhere Konkurrenzintensität benötigt, um qualitativ hochwertiges Holz zu produzieren.
Ebenfalls wurde ein Zusammenhang zwischen abiotischen Faktoren und den Stamm- und
Kronenmerkmalen gefunden. Die dritte Hypothese kann teilweise bestätigt werden, da ein
Zusammenhang zwischen der genetischen Diversität (Heterozygotie „EST“ und „All“) und
den Astwinkelmaßen erster Ordnung (Astwinkel (Mittelwert; Median) und der Astwinkel-
spanne festgestellt wurde. Mit zunehmender Heterozygotie wurden die Astwinkel der Rot-
eichen steiler. Dieser Zusammenhang wurde erstmalig in einer Studie herausgefunden und
ist damit überraschend. Zur Überprüfung der Ergebnisse sollten zukünftig potentiell adap-
tive Marker durch moderne Hochdurchsatztechniken wie RADseq (restriction site associa-
ted DNA sequencing) für die Roteiche identifiziert und potentielle Kandidatengene für die
Gestaltung der Kronenmorphologie analysiert werden. Ein Vergleich der äußeren Stamm-
merkmale zwischen den deutschen und kanadischen Beständen zeigte für die Anzahl der
Rindenfehler und die Stamm-Unrundheit signifikant höhere Werte in den kanadischen Be-
ständen. Es zeigte sich, dass die deutschen Roteichenstämme eine schiefere und krummere
Wuchsform aufwiesen. Die signifikanten Unterschiede zwischen den Ländern führen wir auf
die unterschiedliche waldbauliche Behandlung zwischen Deutschland und Kanada zurück.
Somit können auch die Hypothesen 4 und 5 bestätigt werden.
Für die waldbauliche Behandlung der Roteiche, die auf eine hohe Holzqualität abzielt, wird
empfohlen, dass Q. rubra in den anfänglichen Entwicklungsstadien vorwiegend im Dicht-
stand aufgezogen wird. Bis durch die natürliche Astreinigung die gewünschte astfreie
Stammlänge erreicht wird. Die anschließenden Durchforstungen sollten für die als sehr pho-
totrop geltende Roteiche - zur Förderung der Kronengröße und damit der Produktivität-
moderat bis stark und in regelmäßigen Abständen erfolgen. Die Durchforstungstärke und
Häufigkeit ist den jeweiligen Standortsverhältnissen anzupassen. | de |
| dc.description.abstracteng | Native to northeastern America and southeastern Canada, northern red oak (Q. rubra L.)
was introduced to Europe in 1691 and initially planted in parks and gardens. In the following
centuries, three silvicultural cultivation periods in Europe demonstrated that northern red
oak had both good growth and favorable silvicultural treatment options. The cultivation of
native tree species, however, was always favored. Nowadays, the cultivation of non-native
tree species is increasingly considered, since the consequences of climate change already
range from losses of stand vitality to a dieback of entire forest areas, which causes the cul-
tivation with native tree species to be subject to uncertainties. Northern red oak represents
a tree species that is expected to withstand future climate conditions in Germany on suita-
ble sites and reduce the risk of forestry operations. With an area share of 55000 ha, Q. rubra
constitutes the most common non-native deciduous tree species. To date, there are few
empirical studies on silvicultural treatment of northern red oak in Germany, and also, from
the practitioners' point of view, there are various uncertainties regarding the intensity and
frequency of interventions.
Therefore, the aim of this study was to investigate the influence of competition — which
can be controlled by the intensity and frequency of silvicultural interventions — on crown
and stem characteristics of northern red oak. The following hypotheses were proposed: 1.
increasing competition results in shorter and more slender tree crowns; 2. increasing com-
petition leads to fewer external stem characteristics, which are negatively related to the
commercial timber value of northern red oak; 3. competition effects on stem and crown
characteristics are superimposed by genetic variation; 4. stem form and number of bark
anomalies—both indicating stem quality of northern red oak trees—differ between Cana-
dian and German stands due to different silvicultural practices; 5. increasing tree competi-
tion is negatively related to external stem quality characteristics, and this relationship is
constant under both management systems (shelterwood system vs. crop tree thinning).
The results of the study show that competition is the main factor influencing the tree mor-
phology of northern red oak. Specifically, it was observed that various crown characteristics
associated with both the vertical and horizontal crown extent become smaller with increas-
ing competition. Thus, the first hypothesis of this study can be confirmed. The results sug-
gest that the crown size is a good predictor of the level of competition faced by a given tree.
Light capturing depends on the crown extent, making a competition-induced reduction in
crown size, such as crown radius, likely to affect growth performance and thus tree produc-
tivity. The second hypothesis can also be verified, as high competitive strength in Q. rubra
resulted in a decrease in external (i.e., undesirable) stem characteristics, particularly stem
non-circularity and the number of bark anomalies. The measure of the number of bark
anomalies includes both branchiness and irregularities on the stem surface (stem injuries
such as bark seams). Since branch-related wood defects are considered a major cause of
declining stem quality in many tree species, this study confirms that northern red oak re-
quires, similar to many other native tree species, higher levels of competition during the
early stages of stand development to produce high quality timber. A relationship was also
found between abiotic factors and stem and crown characteristics. The third hypothesis can
be partially confirmed, as a correlation between genetic diversity (heterozygosity "EST" and
"All") and first-order branch angle measures (branch angle (mean; median) and branch an-
gle range) was detected. With increasing heterozygosity, branch angles of Q. rubra became
steeper.
To verify the results, future studies may focus on identifying potential adaptive markers of
northern red oak by modern high-throughput techniques such as RADseq (restriction site
associated DNA sequencing) and on analyzing potential candidate genes for shaping crown
morphology. A comparative assessment of external stem characteristics between the Ger-
man and Canadian stands showed that values for the number of bark anomalies and stem
non-circularity were significantly higher in the Canadian stands, whereas the stems in Ger-
many were significantly more curved and crooked. We attribute the significant differences
between countries to differences in silvicultural practices. Thus, the hypotheses 4 and 5 can
also be confirmed.
For silvicultural treatment in northern red oak, which aims at achieving high quality timber,
our results indicate that stands should be kept mainly at high stand densities in the initial
development stages until the desired branch-free stem length has reached the desired
height. Subsequent thinning should be moderate to heavy and at regular intervals for the
highly phototropic Q. rubra, to promote crown size and thus productivity. The respective
thinning intensity and frequency should always be adapted to the respective site conditions. | de |
| dc.contributor.coReferee | Gailing, Oliver Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | Northern red oak | de |
| dc.subject.eng | Competition intensity | de |
| dc.subject.eng | Terrestrial Laserscanning | de |
| dc.subject.eng | Stem characteristics | de |
| dc.subject.eng | Crown characteristics | de |
| dc.subject.eng | Individual-based heterozygosity | de |
| dc.subject.eng | Silvicultural treatment | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-13919-5 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie | de |
| dc.subject.gokfull | Forstwirtschaft (PPN621305413) | de |
| dc.description.embargoed | 2022-03-17 | de |
| dc.identifier.ppn | 1795322551 | |