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Nemoral European Beech and Oak Forests under Climate Change

dc.contributor.advisorLeuschner, Christoph Prof. Dr.
dc.contributor.authorKasper, Jan Alois
dc.date.accessioned2023-05-16T15:46:26Z
dc.date.available2023-05-23T00:50:11Z
dc.date.issued2023-05-16
dc.identifier.urihttp://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14667
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-9885
dc.format.extentXXX Seitende
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleNemoral European Beech and Oak Forests under Climate Changede
dc.typecumulativeThesisde
dc.contributor.refereeLeuschner, Christoph Prof. Dr.
dc.date.examination2022-06-23de
dc.description.abstractgerDie globale Erwärmung und die zunehmende Trockenheit setzen die Wälder der gemäßigten Brei-ten höheren Belastungen aus und stellen die Waldbewirtschaftung im 21. Jahrhundert vor große Herausforderungen. Bei einer prognostizierten Erwärmung um 2-3 K bis 2070 könnten waldbauli-che Anpassungsmaßnahmen und natürliche Sukzession dazu führen, dass europäische Buchen-wälder in den von Trockenheit und Hitze betroffenen Regionen Mitteleuropas durch thermophile Eichenwälder ersetzt werden. Nach den RCP-Szenarien (RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5) sind Teile Westrumäniens, wo die Buche natürlicherweise an ihrer trocken-warmen Verbreitungsgrenze vor-kommt, klimatisch analog zu den Vorhersagen für große Regionen Mitteleuropas. In einem "Raum für Zeit"-Ansatz untersuchen wir die Auswirkungen auf die Kohlenstoffspeicherung im Ökosystem und die Vitalität der Bäume bei einer klimatisch bedingten Veränderung der Waldstruktur. Dazu haben wir systematisch Böden und Wälder an natürlichen Buchen-Eichen-Ökotonen beprobt und die Speicherveränderungen des oberirdischen Biomassekohlenstoffs (AGC) und des organischen Bodenkohlenstoffs (SOC) zwischen buchendominierten (Fagus sylvatica) und eichendominierten (Quercus petraea, Q. frainetto, Q. cerris) Wäldern quantifiziert. Genaue Vorhersagen über die Aus-wirkungen des Klimawandels auf die Wälder erfordern auch ein besseres arten- und standortspezi-fisches Verständnis der Auswirkungen auf das Baumwachstum und die Beziehungen zwischen Bäumen und Klima. Wir haben die Vitalität der Bäume in diesen Buchen-Eichen-Ökotonen durch die Analyse von Jahrringaufzeichnungen und die Untersuchung langfristiger Wachstumstrends, der Widerstandsfähigkeit des Radialwachstums gegenüber Trockenheit, der Klimasensitivität des Wachstums, der räumlich-zeitlichen Muster der Klimasensitivität und der Wachstumssynchronität für Buchenpopulationen, die drei Eichenarten und die Silberlinde (Tilia tomentosa), eine weitere dominante Art, untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass ein durch die Klimaerwärmung bedingter Ersatz von Buchen- durch Eichenwälder im Zuge der natürlichen Waldsukzession oder waldbaulicher Entscheidungen die Kohlenstoffspeicherung im Ökosystem mitteleuropäischer Wälder erheblich reduzieren kann. Von den kühleren, feuchteren Buchenwäldern zu den wärmeren, trockeneren Eichenwäldern, die 1-2 K wärmer sind, nehmen die AGC- und SOC-Pools um etwa 22 % (40 Mg C ha-1) bzw. 20 % (17 Mg C ha-1) ab. Die Baumwachstums-Klima-Analyse zeigt, dass das Radialwachstum aller Arten durch Sommerniederschläge und geringe Trockenheit positiv und durch hohe Sommertemperatu-ren negativ beeinflusst wird. Der Grundflächenzuwachs (BAI) von Buche und Linde ist in den letz-ten 10-20 Jahren im Zusammenhang mit der Klimaerwärmung und einer Verschlechterung des sommerlichen Wasserhaushalts zurückgegangen, während die drei Eichenarten stabile Wachs-tumsraten beibehalten haben, wenn auch auf niedrigeren BAI-Niveaus, was auf eine negative Be-ziehung zwischen dem mittleren BAI und der Trockenheitsresistenz der fünf Arten hindeutet. Die raum-zeitlichen Muster der Klimaempfindlichkeit zeigen, dass die Bedeutung der Sommernieder-schläge nach Beginn der Klimaerwärmung (⁓ 1980) zunahm, während andere Klimafaktoren im Frühjahr und Sommer an Bedeutung verloren. Die Wachstumssynchronität als Maß für den ge-meinsamen Klimastress zwischen den einzelnen Bäumen nahm dementsprechend bei den tro-ckenheitsempfindlichen Buchen und Linden zu oder blieb konstant, während sie bei den Eichen in den letzten Jahrzehnten abnahm. Die Unterschiede in der Wachstumssynchronität während der jüngsten Klimaerwärmung deuten auf eine bessere Trockenheitsanpassung der Eichenarten hin, eine Schlussfolgerung, die durch die Ergebnisse für die langfristige Wachstumsdynamik gestützt wird, die für die Eiche im Vergleich zu Buche und Linde in den letzten Jahrzehnten einen erhöhten BAI zeigen. Unsere Ergebnisse zeigen weiterhin, dass die Wahl von stresstoleranten Eichen anstelle von pro-duktiveren Holzarten wie der Buche eine relativ sichere Option für die mitteleuropäische Forstwirt-schaft in einem wärmeren Klima darstellt. Wenn jedoch in Zukunft trockenheits- und hitzegeplagte Buchenwälder in Mitteleuropa durch thermophile Eichenwälder ersetzt werden, wird dies zu Koh-lenstoffverlusten von ca. 50-60 Mg ha-1 führen und damit die Kohlenstoffspeicherung im Ökosys-tem erheblich verringern.de
dc.description.abstractengGlobal warming and increasing drought severity are exposing temperate forests to higher stress levels, challenging forest management in the 21st century. With a projected warming by 2–3 K until 2070, silvicultural adaptation measures and natural succession might lead to the replacement of European beech forests by thermophilic oak forests in drought- and heat-affected regions of Central Europe. According to RCP scenarios (RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5), parts of western Romania, where beech naturally occurs at its dry-warm distribution limit, are climatically analogue to predictions for large regions of Central Europe. In a “space for time approach” we investigate impacts on ecosystem carbon storage and tree vitality for a climatically driven shift in forest structure. Therefore, we systematically sampled soils and forests over natural beech–oak ecotones, quantifying storage changes in above ground biomass carbon (AGC) and soil organic carbon (SOC) between beech (Fagus sylvatica) dominated forests and oak (Quercus petraea, Q. frainetto, Q. cerris) dominated forests. Precise predictions of climate change impacts on forests also require a better species-specific and site-specific understanding of how tree growth and tree climate relationships are affected. We assessed tree vitality in these beech–oak ecotones, by analyzing tree-ring records and investigating long-term growth-trends, resilience of radial growth to drought, growth climate sensitivity, spatiotemporal patterns of climatic sensitivity and growth synchronicity for beech populations, the three oak species and silver linden (Tilia tomentosa), a further dominant species. Our results show that a climate-warming related replacement of beech by oak forests in the course of natural forest succession or silvicultural decisions may considerably reduce ecosystem carbon storage of central European woodlands. From the cooler, more humid beech forests to the warmer, more xeric oak forests, which are 1–2 K warmer, AGC and SOC pools decrease by about 22 % (40 Mg C ha-1) and 20 % (17 Mg C ha-1), respectively. Tree-growth-climate analysis show, that radial growth of all species is positively influenced by summer precipitation and low drought intensity, and negatively by high summer temperatures. Basal area increment (BAI) of beech and linden declined in the last 10–20 years in coherence with climate warming and a deterioration of the summer water balance, while the three oak species maintained stable growth rates, though at lower BAI levels, suggesting a negative relationship between mean BAI and drought resistance among the five species. Spatiotemporal patterns of climatic sensitivity show that the importance of summer precipitation increased after the onset of climate warming (⁓ 1980), while other climate factors in spring and summer became less important. Accordingly, growth synchronicity, as a measure of common climatic stress among tree individuals, increased or remained constant for the drought sensitive beech and linden and decreased in the past decades for the oak species. The differences in growth synchrony during recent climate warming indicate a better drought adaption of oak species, a conclusion which is supported by the results for the long-term growth dynamics, showing enhanced BAI for oak in comparison to beech and linden in the last decades. Our results demonstrate that choosing stress-tolerant oaks instead of more productive timber species such as beech is a relatively safe option for Central European forestry in a warmer climate. However, if drought- and heat-affected beech forests in Central Europe are replaced by thermophilic oak forests in future, this will lead to carbon losses of ~ 50–60 Mg ha-1, thus reducing ecosystem carbon storage substantially.de
dc.contributor.coRefereeHoelscher, Dirk Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeAmmer, Christian Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeBergmeier, Erwin Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeSeidel, Dominik Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeWalentowski, Helge Prof. Dr.
dc.subject.engclimate turning pointde
dc.subject.engabove ground carbonde
dc.subject.engsoil carbonde
dc.subject.engdendrochronologyde
dc.subject.engbeech-oak ecotonede
dc.subject.engclimate changede
dc.subject.engclimate sensitivityde
dc.subject.engFagus sylvaticade
dc.subject.engsoil nutrient poolsde
dc.subject.engbasal area incrementde
dc.subject.engdrought resiliencede
dc.subject.enggrowth declinede
dc.subject.engclimate-growth relationshipde
dc.subject.engclimate warmingde
dc.subject.engradial growthde
dc.subject.engRomaniade
dc.subject.engtree ringsde
dc.subject.engsilver limede
dc.subject.engEuropean beechde
dc.subject.engforest managementde
dc.subject.engQuercus cerrisde
dc.subject.engQuercus frainettode
dc.subject.engQuercus petraeade
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-ediss-14667-1
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2023-05-23de
dc.identifier.ppn1845689941
dc.identifier.orcid0000-0002-8661-5684de
dc.notes.confirmationsentConfirmation sent 2023-05-16T19:45:01de


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