@phdthesis{Rock2008,
  author    = {Rock, Joachim},
  title     = {Klimaschutz und Kohlenstoff in Holz : Vergleich verschiedener Strategien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17531},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {W{\"a}lder haben im Bezug zum Klimawandel mehrere Rollen: Sie sind Kohlenstoffspeicher, -senken, sowie Lieferanten von Holz als Rohstoff f{\"u}r die Kohlenstoffspeicher in Produkten und f{\"u}r Substitution fossiler Energietr{\"a}ger. Unter Klimaschutzgesichtspunkten ist es w{\"u}nschenswert, die Kohlenstoffbindung im Gesamtsystem aus Senken, Speichern und Substitution zu maximieren und zu entscheiden, welche Maßnahme an welchem Ort und unter welchen Rahmenbedingungen den gr{\"o}ßten positiven Effekt auf die CO2-Bilanz hat. Um die Speicherung in den verschiedenen Kompartimenten erfassen zu k{\"o}nnen m{\"u}ssen geeignete Inventurverfahren zur Verf{\"u}gung stehen. Die IPCC - GPG benennen die Speicher und geben zum Teil Anforderungen an die zu erreichende Inventurgenauigkeit. Aus der klassischen Forsteinrichtung stehen gen{\"u}gend Methoden zur Verf{\"u}gung, um das oberirdische Volumen sehr genau zu erheben. Um den Anforderungen an ein umfassendes Kohlenstoffmonitoring gen{\"u}gen zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen diese Verfahren in den Bereichen Erfassung von St{\"o}rungsfolgen, Totholzdynamik, Boden und der Berechnung von Gesamt-Kohlenstoffvorr{\"a}ten aus dem Holzvolumen erg{\"a}nzt werden. Zus{\"a}tzlich bietet sich an, Bewirtschaftungsmaßnahmen entsprechend zu erfassen, um ihre Auswirkung auf die Kohlenstoffdynamik ebenfalls feststellen zu k{\"o}nnen. Dies ist f{\"u}r die Berichterstattung zwischen Inventuren sowie f{\"u}r die Herausrechnung von nicht-menschenverursachter erh{\"o}hter Kohlenstoffspeicherung („factoring out" im Sinne des KP) w{\"u}nschenswert. Wenn Bewirtschaftungsmaßnahmen unterschieden werden k{\"o}nnen und ihre Auswirkungen auf C-Vorr{\"a}te bestimmbar sind, ist eine Verifizierung erh{\"o}hter Speicherung auch z. B. f{\"u}r Projekte nach Art. 3.4 des KP durchf{\"u}hrbar. Diese Arbeiten stecken jedoch noch in der Anfangsphase. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die erste verf{\"u}gbare qualitative {\"U}bersicht zu dieser Thematik erstellt. Die Optimierung der Wald-Holz-Option wird durch die im Kyoto-Protokoll (und den zugeh{\"o}rigen Folgeabkommen) vereinbarten Regelungen erschwert, da einerseits zwischen Wald und Produkten eine Trennung besteht und andererseits die Maßnahmenverantwortlichem im Wald nicht direkt durch das KP angesprochen werden. Eingeschlagenes Holz wird im Wald als Emission betrachtet und dem entsprechenden Sektor zugerechnet, was jedoch keine Auswirkungen auf den Forstbetrieb hat. Dieser profitiert im Gegenteil derzeit von der durch die - auch von KP Regelungen beeinflussten - Holzpreise und erh{\"o}ht die Nutzungen, was zu Vorratsabsenkungen im Wald f{\"u}hrt. Ob diese Absenkungen durch die Substitutionseffekte des geernteten Holzes kompensiert werden ist derzeit noch nicht gekl{\"a}rt. Um die Trennung zwischen Wald und Produktpool aufzuweichen bietet es sich an, die Waldbesitzer am Emissionsrechtehandel teilhaben zu lassen, damit nicht nur die Ernte sondern auch der Ernteverzicht finanziell bewertbar sind. Sozio-{\"o}konomische Szenarien zur k{\"u}nftigen Entwicklung der Landwirtschaft zeigen große Fl{\"a}chenpotentiale, die f{\"u}r die Nahrungs- und Futtermittelproduktion nicht mehr ben{\"o}tigt werden oder nicht mehr rentabel sein werden. Eine m{\"o}gliche Nutzung in Zukunft sind Energieholzplantagen. Informationen zu m{\"o}glichen Ertr{\"a}gen sind zur Zeit noch unzureichend und Analysen zur Nachhaltigkeit dieser Ertr{\"a}ge unter Klimawandel sind nicht vorhanden. In dieser Arbeit wurde mit dem {\"o}kophysiologischen Waldwachstumsmodell 4C an Beispielsstandorten in Brandenburg das Wachstum von Energieholzplantagen unter derzeitigem Klima und unter verschiedenen regionalisierten Klimawandelszenarien bis 2055 simuliert. Ertragspotentiale liegen derzeit auf der Mehrzahl der Standorte im positiven Bereich, auf einigen Standorten ist jedoch nur begrenzt mit positiven Deckungsbeitr{\"a}gen zu rechnen. Bis 2055 ist in allen Szenarien mit einem leichten R{\"u}ckgang der Ertr{\"a}ge und einer deutlicheren Verringerung der Grundwasserneubildung unter Energieholzplantagen zu rechnen. Die Unterschiede zwischen Standorten sind jedoch derzeit und unter zuk{\"u}nftig m{\"o}glichem Klima st{\"a}rker als klimabedingte {\"A}nderungen. Bei der großfl{\"a}chigen Anlage von Energieholzplantagen k{\"o}nnen negative Auswirkungen auf die Biodiversit{\"a}t und andere Naturschutzbelange eintreten. Eine diese Effekte abmildernde Fl{\"a}chengestaltung, die trotzdem Ertr{\"a}ge auf dem Niveau heutiger Vollerwerbslandwirtschaft erreicht, ist m{\"o}glich. Insgesamt l{\"a}sst sich f{\"u}r die Optimierung der Wald-Holz-Option feststellen, dass eine Nicht-Nutzung bestehender Waldfl{\"a}chen unter Klimaschutzgesichtspunkten negativ ist. Der Substitutionseffekt geernteten Holzes betr{\"a}gt zus{\"a}tzliche ca. 70 Prozent Kohlenstoff, die in dieser Form in nicht bewirtschafteten mitteleurop{\"a}ischen W{\"a}ldern nicht zus{\"a}tzlich gespeichert werden. Es ist davon auszugehen, dass sich durch die Ber{\"u}cksichtigung von Substitutionseffekten andere - wahrscheinlich k{\"u}rzere - als die heute {\"u}blichen Produktionszeiten ergeben. Auf bisher waldfreien Fl{\"a}chen ist die Anlage von Energieholzplantagen positiver zu werten als eine normale Aufforstung.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mohr2013,
  author    = {Mohr, Christian Heinrich},
  title     = {Hydrological and erosion responses to man-made and natural disturbances : insights from forested catchments in South-central Chile},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-70146},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2013},
  abstract  = {Logging and large earthquakes are disturbances that may significantly affect hydrological and erosional processes and process rates, although in decisively different ways. Despite numerous studies that have documented the impacts of both deforestation and earthquakes on water and sediment fluxes, a number of details regarding the timing and type of de- and reforestation; seismic impacts on subsurface water fluxes; or the overall geomorphic work involved have remained unresolved. The main objective of this thesis is to address these shortcomings and to better understand and compare the hydrological and erosional process responses to such natural and man-made disturbances. To this end, south-central Chile provides an excellent natural laboratory owing to its high seismicity and the ongoing conversion of land into highly productive plantation forests. In this dissertation I combine paired catchment experiments, data analysis techniques, and physics-based modelling to investigate: 1) the effect of plantation forests on water resources, 2) the source and sink behavior of timber harvest areas in terms of overland flow generation and sediment fluxes, 3) geomorphic work and its efficiency as a function of seasonal logging, 4) possible hydrologic responses of the saturated zone to the 2010 Maule earthquake and 5) responses of the vadose zone to this earthquake. Re 1) In order to quantify the hydrologic impact of plantation forests, it is fundamental to first establish their water balances. I show that tree species is not significant in this regard, i.e. Pinus radiata and Eucalyptus globulus do not trigger any decisive different hydrologic response. Instead, water consumption is more sensitive to soil-water supply for the local hydro-climatic conditions. Re 2) Contradictory opinions exist about whether timber harvest areas (THA) generate or capture overland flow and sediment. Although THAs contribute significantly to hydrology and sediment transport because of their spatial extent, little is known about the hydrological and erosional processes occurring on them. I show that THAs may act as both sources and sinks for overland flow, which in turn intensifies surface erosion. Above a rainfall intensity of ~20 mm/h, which corresponds to <10\% of all rainfall, THAs may generate runoff whereas below that threshold they remain sinks. The overall contribution of Hortonian runoff is thus secondary considering the local rainfall regime. The bulk of both runoff and sediment is generated by Dunne, saturation excess, overland flow. I also show that logging may increase infiltrability on THAs which may cause an initial decrease in streamflow followed by an increase after the groundwater storage has been refilled. Re 3) I present changes in frequency-magnitude distributions following seasonal logging by applying Quantile Regression Forests at hitherto unprecedented detail. It is clearly the season that controls the hydro-geomorphic work efficiency of clear cutting. Logging, particularly dry seasonal logging, caused a shift of work efficiency towards less flashy and mere but more frequent moderate rainfall-runoff events. The sediment transport is dominated by Dunne overland flow which is consistent with physics-based modelling using WASA-SED. Re 4) It is well accepted that earthquakes may affect hydrological processes in the saturated zone. Assuming such flow conditions, consolidation of saturated saprolitic material is one possible response. Consolidation raises the hydraulic gradients which may explain the observed increase in discharge following earthquakes. By doing so, squeezed water saturates the soil which in turn increases the water accessible for plant transpiration. Post-seismic enhanced transpiration is reflected in the intensification of diurnal cycling. Re 5) Assuming unsaturated conditions, I present the first evidence that the vadose zone may also respond to seismic waves by releasing pore water which in turn feeds groundwater reservoirs. By doing so, water tables along the valley bottoms are elevated thus providing additional water resources to the riparian vegetation. By inverse modelling, the transient increase in transpiration is found to be 30-60\%. Based on the data available, both hypotheses, are not testable. Finally, when comparing the hydrological and erosional effects of the Maule earthquake with the impact of planting exotic plantation forests, the overall observed earthquake effects are comparably small, and limited to short time scales.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gutsch2016,
  author    = {Gutsch, Martin},
  title     = {Model-based analysis of climate change impacts on the productivity of oak-pine forests in Brandenburg},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97241},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 148},
  year      = {2016},
  abstract  = {The relationship between climate and forest productivity is an intensively studied subject in forest science. This Thesis is embedded within the general framework of future forest growth under climate change and its implications for the ongoing forest conversion. My objective is to investigate the future forest productivity at different spatial scales (from a single specific forest stand to aggregated information across Germany) with focus on oak-pine forests in the federal state of Brandenburg. The overarching question is: how are the oak-pine forests affected by climate change described by a variety of climate scenarios. I answer this question by using a model based analysis of tree growth processes and responses to different climate scenarios with emphasis on drought events. In addition, a method is developed which considers climate change uncertainty of forest management planning. As a first 'screening' of climate change impacts on forest productivity, I calculated the change in net primary production on the base of a large set of climate scenarios for different tree species and the total area of Germany. Temperature increases up to 3 K lead to positive effects on the net primary production of all selected tree species. But, in water-limited regions this positive net primary production trend is dependent on the length of drought periods which results in a larger uncertainty regarding future forest productivity. One of the regions with the highest uncertainty of net primary production development is the federal state of Brandenburg. To enhance the understanding and ability of model based analysis of tree growth sensitivity to drought stress two water uptake approaches in pure pine and mixed oak-pine stands are contrasted. The first water uptake approach consists of an empirical function for root water uptake. The second approach is more mechanistic and calculates the differences of soil water potential along a soil-plant-atmosphere continuum. I assumed the total root resistance to vary at low, medium and high total root resistance levels. For validation purposes three data sets on different tree growth relevant time scales are used. Results show that, except the mechanistic water uptake approach with high total root resistance, all transpiration outputs exceeded observed values. On the other hand high transpiration led to a better match of observed soil water content. The strongest correlation between simulated and observed annual tree ring width occurred with the mechanistic water uptake approach and high total root resistance. The findings highlight the importance of severe drought as a main reason for small diameter increment, best supported by the mechanistic water uptake approach with high root resistance. However, if all aspects of the data sets are considered no approach can be judged superior to the other. I conclude that the uncertainty of future productivity of water-limited forest ecosystems under changing environmental conditions is linked to simulated root water uptake. Finally my study aimed at the impacts of climate change combined with management scenarios on an oak-pine forest to evaluate growth, biomass and the amount of harvested timber. The pine and the oak trees are 104 and 9 years old respectively. Three different management scenarios with different thinning intensities and different climate scenarios are used to simulate the performance of management strategies which explicitly account for the risks associated with achieving three predefined objectives (maximum carbon storage, maximum harvested timber, intermediate). I found out that in most cases there is no general management strategy which fits best to different objectives. The analysis of variance in the growth related model outputs showed an increase of climate uncertainty with increasing climate warming. Interestingly, the increase of climate-induced uncertainty is much higher from 2 to 3 K than from 0 to 2 K.},
  language  = {en}
}