Monitoring of forest cover change and modeling biophysical forest parameters in the Western Carpathians

Abstract

Die Umweltveränderungen durch den Menschen sind auf unserer Erde allgegenwärtig. Entwaldung und Waldschädigung beeinflussen das System Erde entscheidend, denn Wälder bieten wichtige Ökosystemleistungen und sind Kernelement der Debatte um den Klimawandel, speziell hinsichtlich der globalen Kohlenstoffbilanz. Veränderungen der Waldbedeckung zu quantifizieren ist daher von herausragendem wissenschaftlichen Interesse. Ziel dieser Arbeit ist es, Waldbedeckungsveränderungen in den Westlichen Karpaten grenzübergreifend zu bestimmen, sowie Dynamiken der Biomasse von Nadelwäldern und deren Auswirkungen auf die oberirdische Kohlenstoffspeicherung abzuleiten. Die Karpatenwälder zeichnen sich durch ein hohes Maß an Biodiversität, einen großen Holzvorrat und als wichtiger Kohlenstoffspeicher für Europa aus. Jedoch sind diese Wälder auch geprägt von einer bewegten Geschichte der Landnutzung, hoher Luftverschmutzung und einer andauernden Waldabnahme. Mittels Methoden der Fernerkundung wurden Veränderungen in der Waldbedeckung für die Jahre 1985 bis 2010 abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere das frühere Forstmanagement sowie die starke Luftverschmutzung zu Zeiten des Kommunismus gemeinsam die erhebliche Schädigung von Nadelwäldern bedingen. Fichtendominierte Bestände offenbaren dabei eine geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber biotischen sowie abiotischen Belastungen, z.B. Schädlingen und Extremwettersituationen. Seit 2005 verwandelten sich die Nadelwälder infolge eines weit verbreiteten Biomasseverlustes von einer Netto-Kohlenstoffsenke in eine Netto-Kohlenstoffquelle. Die Analysen betonen den Einfluss bestimmter Standortfaktoren wie Waldtyp, vorherrschende Baumart, topographische Gegebenheiten, Brennpunkte der Umweltverschmutzung, Mikroklima und deren Interaktion auf die Waldabnahme. Die Arbeit legt eine komplexe sozio-ökologische Geschichte dar und erbringt Schätzungen über die Veränderung des oberirdischen Kohlenstoffvorrates der Wälder der Westlichen Karpaten.

Human-induced environmental change is evident across the globe. Deforestation and forest degradation are among the most critical impacts of humanity on the Earth system, as forests provide crucial ecosystem services, and are a key element in the global climate change discussion, specifically considering the global carbon balance. Therefore, monitoring and quantifying forest changes are of prime scientific interest. The main goals of this thesis were to monitor forest change across country borders in the Western Carpathians, and to assess coniferous forest biomass dynamics and their impact on aboveground forest carbon storage. Generally, Carpathian forests provide outstanding biodiversity levels, high growing stocks, and an important European carbon sink. However, the Western Carpathian forests are exceptional, with a turbulent land-use history, high airborne pollution loads, and ongoing forest decline. Forest change between 1985 and 2010 was quantified using remote sensing techniques. Results show that the synergistic effect of unsustainable forest management in the past and high pollution levels during communist times significantly damaged coniferous forests. Spruce-dominated stands exhibit lower resistance against biotic and abiotic impacts, and are more susceptible to pests and extreme weather events. Widespread biomass loss since 2005 has converted coniferous forests from a net carbon sink into a net carbon source. Cross-border analysis emphasized the role of site characteristics such as forest type, predominant species, topographic conditions, pollution hotspots, microclimate, and their interactions for forest decline. Summarizing, this thesis tells a complex socio-ecological story and provides estimates of aboveground carbon stock changes in Western Carpathian forests.