| dc.contributor.advisor | Nagel, Jürgen Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Rubio Camacho, Ernesto Alonso | |
| dc.date.accessioned | 2021-10-05T14:31:37Z | |
| dc.date.available | 2021-10-11T00:50:07Z | |
| dc.date.issued | 2021-10-05 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-5934-A | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8855 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 634 | de |
| dc.title | Models for Mexican Temperate Forests: A Sustainable Management Approach | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Nagel, Jürgen Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-09-27 | |
| dc.description.abstractger | In Mexiko besteht ein Bedarf an Technologien, die die Dynamik von Waldbestän den mit Waldbausystemen verbinden. Die Bereitstellung und Anwendung dieser Technologien könnte die Waldbewirtschaftung verbessern. Die Wälder könnten so nicht nur profitabler, sondern auch besser an den Klimawandel angepasst werden. In letzter Zeit gibt es eine Debatte über die Waldbewirtschaftung im Hinblick auf Kohlenstoff und Klimawandel. Neuere Studien behaupten, dass es für die Kohlenstoffbindung und -speicherung besser ist, den Wald ohne Bewirtschaftung wachsen zu lassen. Andere Forscher argumentieren jedoch, dass die Holznutzung eine bessere Bewirtschaftungsstrategie ist, da die Verwendung von Holzprodukten anstelle von kohlenstoffintensiven Materialien Substitutionseffekte mit sich bringt. In dieser Arbeit wird das Thema mit Hilfe von simulierten Waldentwicklungen unter Berücksichtigung der natürlichen Bedingungen beispielhaft für einen mexikanischer Wald der gemäßigten Zone untersucht. Zu diesem Zweck wurde die Software ForestSimulator auf die mexikanischen Verhältnisse angepasst. Der erste Schritt war die Entwicklung und Sammlung der notwendigen Wachstumsmodelle, die in die Software integriert werden sollten. Die entwickelten Modelle wurden anhand der Daten von 49 Stichprobenparzellen in Naturwäldern im Norden von Puebla, Mexiko, angepasst (Kapitel 2-4). Die restlichen Modelle wurden aus der Literatur zusammengetragen und in den ForestSimulator integriert, dieser Prozess wird in Kapitel 4 ausführlich beschrieben. Kapitel 5 befasst sich mit der Bestandsdynamik und den natürlichen Triebkräften der Baummortalität in gemäßigten Wäldern, und in Kapitel 6 werden schließlich die Informationen der vorangegangenen Kapitel im Rahmen der Simulationsstudie beispielhaft angewendet. Die folgenden Absätze fassen die wichtigsten Ergebnisse der einzelnen Kapitel zusammen. In Kapitel 2 wurden mehrere Modelle zur Vorhersage des Basalflächenzuwachses (BAI) mit linearen festen und gemischten Effekten modelliert. Gemischte-Effekte-Modelle wurden verwendet, um Rückschlüsse auf die zufälligen Effekte von Parzellen-, Höhenlage- und Aspekt-Ebene ziehen zu können. Die Ergebnisse umfassen eine Reihe von Modellen zur Vorhersage des BAI für Pinus patula und andere wichtige Gattungen in Zentralmexiko (Abies, Pinus, Quercus). Bei jedem dieser Modelle wurden die Logarithmus-Transformation des Baumdurchmessers und der Konkurrenzindex BALMOD als fest gewählt, während Parzelle, Höhenlage und Aspekt als zufällige Effekte eingesetzt wurden. Daher enthalten die in diesem Kapitel vorgestellten Modelle die grundlegenden Komponenten der BAI-Vorhersagemodelle: i) Baumgröße, ii) Baumkonkurrenz und iii) Standorteigenschaften. Kapitel 3 befasst sich mit der Entwicklung von vier Modellen zur Vorhersage von Baumhöhe-Durchmesser-Beziehungen (h-d) für Nadel- und Laubbaumarten. Nichtlineare Modellierungsansätze mit festen und gemischten Effekten wurden verwendet, um verallgemeinerte Versionen der Gompertz-Funktion für Pinus patula und die Pinus-Gruppe, die Näslund-Funktion für Abies religiosa und die Curtis-Funktion für die Quercus-Gruppe anzupassen. Diese Modelle wurden ebenfalls kalibriert und einer Kreuzvalidierung unterzogen. Alle Gruppen zeigten zuverlässige Ergebnisse mit akzeptablen Goodness-of-Fit-Statistiken. Zur Kalibrierung ist eine Unterstichprobe von drei Bäumen erforderlich, um genaue Vorhersagen machen zu können. Die neu entwickelten Modelle können auch unabhängig von Waldsimulatoren verwendet werden. Kapitel 4 befasst sich mit der Methodik, die zur Anpassung der ForestSimulator-Software auf die mexikanischen Bedingungen verwendet wurde. Einige Modelle wurden aus der Literatur entnommen, andere wurden entwickelt, um die Anforderungen der Software zu vervollständigen. Die Gleichungen aus der Literatur wurden hauptsächlich aus dem Forstbiometrischen System für die Waldbewirtschaftung in Mexiko (SIBIFOR) aus dem Forstwirtschaftsgebiet 2108 (UMF2108) UMF2018 für P. ayacahuite, P. hartwegii, P. leiophylla, P. montezumae, P. patula, P. pseudostrobus, P. teocote, Abies religiosa und Quercus sp entnommen. Für dieses Kapitel wurden folgende Modelle neu entwickelt: Modelle für die Durchmesserverteilung, die Kronenbreite und die Kronenansatzhöhe. Als Hauptergebnis wird in dieser Arbeit eine neue mexikanische Version des ForestSimulators für gemäßigte Wälder vorgestellt. In Kapitel 5 werden räumliche Punktmuster verwendet, um Rückschlüsse auf die Beziehung der Waldbestandsdynamik zu Störungen zu ziehen. Die Baummortalität ist ein wichtiger Prozess der Walddynamik, deren Kenntnis für die Umsetzung geeigneter Bewirtschaftungsstrategien von grundlegender Bedeutung ist. Ziel dieser Studie war es, die Baumsterblichkeit in einem älteren Waldder gemäßigten Zone in Zentralmexiko räumlich zu charakterisieren. Dafür wurden Daten aus einer einzigartigen Dauerbeobachtungsfläche (300 x 300 m) verwendet wurden, die seit 20 Jahren unter Beobachtung ist. Obwohl dieses Plot anders ist, befand es sich in der Nähe des Hauptuntersuchungsgebietes und die generierten Informationen können auf ähnliche Wälder angewendet werden. Die Ergebnisse der Punktmusteranalyse zeigten, dass die Baummortalität in Clustern auf verschiedenen Skalen auftritt und keine starken Hinweis auf dichtebedingte Mortalität zu finden war. Die Ergebnisse können durch die Dürreperioden erklärt werden, die zwischen den Messungen auftraten und die Cluster von abgestorbenen Bäumen erzeugt haben können. Die in dieser Studie gewonnenen Informationen sind für die Umsetzung von Managementstrategien nützlich und liefern neue Informationen zur Baummortaltät in mexikanischen Waldökosystemen. Kapitel 6 befasst sich mit der Simulation der Kohlenstoffbilanz über einen Zeitraum von 120 Jahren unter Verwendung von drei verschiedenen Szenarien: 1) Protected = Geschützt; 2) Gaps = Lücken; und 3) Harvest = Ernte-Szenarien. Zur Durchführung der Simulationen wurde der ForestSimulator Mexico verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die größte Menge an Kohlenstoff in situ durch das Szenario "Geschützt" gespeichert wurde, gefolgt von den Szenarien "Lücken" und "Ernte". Obwohl das Szenario "Geschützt" die beste Option für den Klimanutzen zu sein schien, erhöht die Kohlenstoffakkumulation in feuergefährdeten Ökosystemen das Risiko für größere und schwerere Brände, die mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen und sich negativ auf die Widerstandsfähigkeit der Wälder auswirken würden. Die Ernteszenarien erwiesen sich aufgrund von Substitutionseffekten, der Vermeidung der Akkumulation von Totholz und der sozioökonomischen Aspekte als bessere Bewirtschaftungsoption. Die Waldbewirtschaftung kann die Kohlenstoffbindung und -speicherung beeinflussen und spielt daher eine Schlüsselrolle bei Strategien zur Abschwächung des Klimawandels. Darüber hinaus muss die Forstwirtschaft die Wälder an den Klimawandel anpassen, indem sie widerstandsfähige Artenmischungen fördert und anbaut. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden darauf ausgerichtet, die nachhaltige Waldbewirtschaftung in Mexiko mit Hilfe der Software ForestSimulator zu unterstützen. Die Anwendung, der in dieser Arbeit beschriebenen Kenntnisse und Technologien sollte mexikanischen Förstern, Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern helfen, Waldökosysteme besser zu verwalten, zu analysieren und zu regulieren. | de |
| dc.description.abstracteng | In Mexico there is a need for technologies that link forest stand dynamics with silviculture systems. Providing these technologies could enhance forest management, not only by making forests more profitable, but by adapting them to climate change. Lately, there has been a debate on forest management for carbon and climate change benefits. Recent studies claim that letting forest grow without management is better for carbon sequestration and storage. However, other researchers argue that harvesting is a better management strategy because of the substitution effects of using wood products instead of carbon-intensive materials. This thesis addresses the subject in a simulation scheme, taking into account the natural conditions of Mexican temperate forests. For this purpose the ForestSimulator software was adapted to the Mexican standards. The first step was to develop and collect the necessary growth models to be integrated into the software. The developed models were fitted using information of 49 sampling plots located in natural forests of northern Puebla, Mexico (chapters 2-4). The rest of the models were collected from the literature and integrated into ForestSimulator, this process is detailed in chapter 4. Chapter 5 deals with the stand dynamics and the natural drivers of tree mortality in temperate forests, and Chapter 6 integrates the information of previous chapters in a simulation study. The following paragraphs summarize the main findings of each chapter. In chapter 2, several models for predicting basal area increment (BAI) were fitted using linear fixed and mixed-effects modeling approximations. Mixed-effects models were used to infer about the random effects at plot, elevation, and aspect levels. The results include a set of models for predicting BAI for Pinus patula and other important genera in Central Mexico (Abies, Pinus, Quercus). On each of these models, the logarithm transformation of tree diameter d and the competition index BALMOD were chosen as fixed, while plot, elevation, and aspect were selected as random effects. Therefore, the models presented in this chapter include the fundamental components of BAI prediction models: i) tree size, ii) tree competition, and iii) site characteristics. Chapter 3 deals with the development of four models to predict tree height-diameter (h-d) relationships for coniferous and broadleaf species. Non-linear fixed and mixed-effects modeling approaches were used to fit generalized versions of the Gompertz function to Pinus patula and Pinus group; Näslund function to Abies religiosa; and Curtis function to Quercus group. These models were also calibrated and validated using cross-validation. All groups showed reliable results with acceptable goodness-of-fit statistics. For the calibration, a sub-sample of three trees is required to make accurate predictions. The newly developed models can be used independently of forest simulators as well. Chapter 4 is concerned with the methodology used for adapting the ForestSimulator software to the Mexican conditions. Some models were collected from the literature and others were developed to complete the software requirements. The equations from literature were taken primarily from the Forest Biometric System for forest management in Mexico (SIBIFOR) from the forest management unit 2108 (UMF2108) for P. ayacahuite, P. hartwegii, P. leiophylla, P. montezumae, P. patula, P. pseudostrobus, P. teocote, Abies religiosa, and Quercus sp. For this chapter, the models developed were: diameter distribution, crown width, and crown base height models. As a main result, a new Mexican version of ForestSimulator for temperate forests is presented in this thesis. In chapter 5, spatial point patterns are used to infer about the relationship of forest stand dynamics to disturbances. Tree mortality is an important process of forest dynamics and its knowledge is fundamental to implement adequate management strategies. The aim of this study was to spatially characterize the tree mortality in a mature temperate forest of central Mexico, using information from a unique permanent plot (300 x 300, m) measured in a 20-year period. Although this plot is different, it was located close to main study area and the information generated can be applicable to similar forests. The results from applying point pattern analysis showed that tree mortality occurs in clusters at different scales, and did not show a strong evidence of mortality by suppression. These results could be explained by the droughts that occurred between measurements and that could have produced clusters of dead trees. The information generated by this study can contribute to implement management strategies and provides novel information regarding tree mortality in Mexican forest ecosystems. Chapter 6 focuses on the simulation of the carbon balance over a 120-year period, using three different scenarios: 1) Protected; 2) Gaps; and 3) Harvest scenarios. ForestSimulator Mexico was used to perform the simulations. The results showed that the largest amount of carbon was stored in situ by the Protected scenario, followed by the Gaps and Harvest scenarios. Although the Protected scenario seemed to be the best option for climate benefits, carbon accumulation in fire-adapted ecosystems increases the risk for more extensive and severe fires, which would release more carbon into the atmosphere, while having a negative effect on forest resilience. The Harvest scenarios turned out to be a better management option due to substitution effects, the avoidance of forest fuel accumulation, and the socioeconomic aspects derived from the sale of timber. Forest management can affect carbon sequestration and storage, therefore it plays a key role in climate change mitigation. In addition, forestry could also adapt forests to climate change by choosing and selecting a resilient species composition. The results of this thesis were directed to support sustainable forest management in Mexico by integrating models in the ForestSimulator software. Therefore, further use of the knowledge and technologies described in this work
could help Mexican foresters, scientists, and decision makers to manage, analyze, and regulate forest ecosystems. | de |
| dc.contributor.coReferee | Kurth, Winfried Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | Pinus patula | de |
| dc.subject.eng | Substitution effects | de |
| dc.subject.eng | ForestSimulator | de |
| dc.subject.eng | Carbon dynamics | de |
| dc.subject.eng | Growth simulator | de |
| dc.subject.eng | Mixed models | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-5934-A-1 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie | de |
| dc.subject.gokfull | Forstwirtschaft (PPN621305413) | de |
| dc.description.embargoed | 2021-10-11 | |
| dc.identifier.ppn | 1772472123 | |