Klaas Wellhausen und Hans Pretzsch
Kiefer und Fichte: gemischt ein starkes Doppel - LWF aktuell 113

Das natürliche Hauptverbreitungsgebiet der Kiefer reicht von Nordskandinavien und Russland bis in das südliche Frankreich. Hinzu kommen »Inselvorkommen« in Spanien, Frankreich, Italien, Schottland und auf dem Balkan, die sich aber in ihrer genetischen Ausstattung zum Teil deutlich von den Hauptvorkommen unterscheiden (Prus-Głowacki et al. 2012; Taeger et al. 2013).

Natürliche Vorkommen der Fichte sind in den gemäßigten Breiten ursprünglich auf die submontanen bis alpinen Lagen der Mittel- und Hochgebirge beschränkt.

Damit überschneiden sich die natürlichen Hauptverbreitungsgebiete von Kiefer und Fichte insbesondere in den Übergängen zu den Mittelgebirgen der temperierten Zone und im Boreal (EUFORGEN 2009 a und b).

Bayern liegt zwar am südwestlichen Rand des großen europäischen Kiefernhauptvorkommens, weist aber gemäß der Bundeswaldinventur III mit 417.000 ha immerhin noch fast ein Fünftel der gesamten Kiefernfläche der Bundesrepublik Deutschland auf (Thünen-Institut 2016).

Eine Analyse der Ergebnisse von Immitzer et al. (2015) zeigt, dass die Kiefer in Bayern dabei auf etwa 137.000 ha in Mischung mit Fichte vorkommt und nur auf rund 87.000 ha im Reinbestand. Der aktuelle Verbreitungsschwerpunkt der Kiefern-Fichten-Mischbestände liegt in der Mitte und im Nordosten Bayerns.

Bereits vor 100 Jahren war man sich der großen Flächen- und Wirtschaftsbedeutung der Kiefern-Fichten- Mischbestände und der großen Zahl an offenen wissenschaftlichen und praktischen Fragen bewusst. Der Deutsche Verband Forstlicher Forschungsanstalten (DVFFA) forderte daher bereits 1926, auch für Kiefer und Fichte vergleichende Versuche in Rein- und Mischbeständen anzulegen.

Viele der zu Beginn des 20. Jahrhunderts, insbesondere von Schwappach (1909, 1914) und Wiedemann, angelegten Flächen sind in den Wirren der Weltkriege und der Folgezeit untergegangen (Schilling 1925; Wiedemann 1948). Nur wenige sind erhalten geblieben und konnten von Bielak et al. im Jahr 2014 erneut ausgewertet werden. Erst wieder in den 1950/60er Jahren legte man im Rahmen von Wiederaufforstungsprojekten in England und Schweden systematische vergleichende Blockversuche an (Brown 1992; Jonsson 2001).

Nur wenig später begann man auch damit, das Wachstum von Mischbeständen anhand des Einzelbaumwachstums näher zu analysieren (Jonsson 1962; Agestam 1985). Dies mündete in den 1980/90er Jahren auch in Deutschland und Österreich in der Anlage einzelbaumorientierter Mischbestandsversuchsflächen und der Entwicklung einzelbaumbezogener Waldwachstumssimulatoren für Mischbestände (Pretzsch 1992; Hasenauer 1994).

Bis heute gibt es damit in Deutschland und den Nachbarstaaten nur wenige langfristige Versuche in Kiefern-Fichten- Mischbeständen (Pretzsch und Schütze 2004; Satlawa 2013). Der Großteil der Versuche wurde als temporäre Versuchsflächen angelegt (Künstle 1962; Poleno 1975, 1979, 1981, 1986; Schulze 1972; Kasa 1975;). Den meisten dieser Versuche fehlen zudem Reinbestände als Referenz, so dass bei der Auswertung Reinbestandsertragstafeln als Behelf verwendet werden mussten (Bielak et al. 2014; Pretzsch und Schütze 2004 a).

Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen des Kuratoriumsprojekts W40 »Kiefern-Fichten- Mischbestände in Bayern« in den Jahren 2013 und 2014 acht Versuche in etwa 70-jährigen möglichst wenig oder undurchforsteten Waldbeständen angelegt. Die Versuche, auch »Tripletts« genannt, umfassen jeweils eine Fläche mit reiner Kiefer und reiner Fichte sowie eine Fläche mit beiden Baumarten in einzelstammweiser Mischung (Abbildungen 2 bis 7; Ertragskundliche Basisdaten in Tabelle 1).

Die Flächen wurden waldmesskundlich erfasst und zusätzlich an etwa 480 Bäumen Bohrspäne entnommen und an weiteren 160 Bäumen Stammanalysen auf Basis von Stammscheiben durchgeführt. Die Durchmesser- und Höhenrückmessungen bilden die Grundlage für eine Rekonstruktion der Bestands- und Volumenentwicklung über einen Zeitraum von 30 Jahren. Der im Betrachtungszeitraum ausgeschiedene Baumbestand wurde über eine Stockinventur abgebildet.

Weiterhin wurden analog zur bundes- bzw. bayernweiten Bodenzustandserhebung Bodenproben auf den Versuchsflächen gewonnen. Die Abhängigkeit des Höhenwachstums und der Bestandsstruktur von den Standortbedingungen wurde auf Basis dieser Bodeninformationen analysiert. Für den Staatswald wurden auch die Daten der Stichprobeninventur und des Bayerischen Standortinformationssystem BaSIS analysiert (BaySF 2015; LWF 2016).

Die horizontale und vertikale Raumbesetzung in Mischbeständen wird maßgeblich von den ökologischen Eigenschaften der beteiligten Arten bestimmt. Kiefer und Fichte unterscheiden sich nicht nur in ihrer altersabhängigen Wuchsdynamik (frühkulminierend vs. spätkulminierend), sondern auch in ihrer Lichtökologie (lichtbedürftig vs. schattenertragend). Dabei verfügt die Kiefer über einen deutlich geringeren Blattflächenindex und einen geringeren Lichtextinktionsfaktor.

Fichten haben einen niedrigen Lichtkompensationspunkt (Halbschattbaumart) und können auch in enger Nachbarschaft zu den lichtdurchlässigeren Kiefern positive Nettophotosyntheseleistungen erbringen. Kiefern-Fichten-Mischbestände weisen daher eine heterogenere und dichtere horizontale und vertikale Besetzung des Kronenraumes auf (Abbildungen 5 bis 7). Die Spannweite der Durchmesser- und Höhenverteilung ist im Mischbestand meist signifikant höher als in den entsprechenden Reinbeständen. Es ergeben sich rechtsschiefe Verteilungen mit mehr lebensfähigen kleinen und mittleren Fichten (Pretzsch und Schütze 2015).

Die Kronenschirmfläche in den Mischbeständen übersteigt die Erwartungswerte der korrespondierenden Reinbestände um etwa 40 % (Spatz 2015). Die normierte Stammzahl (SDI: Stand-Density-Index nach Reineke, s. Pretzsch 2005, 2009) steigt um etwa 10 % und die Grundfläche um 9 %.

Die Höhenwuchsleistung herrschender Fichten unterscheidet sich in der untersuchten Altersphase von 35 bis 85 Jahren nicht zwischen Rein- und Mischbestand. Auch für die Kiefer war kein verändertes Höhenwachstum nachweisbar. Offenbar gibt es in den Mischbeständen keine Mischungseffekte, die das Höhenwachstum steigern oder bremsen.

Spatz (2015) konnte allerdings auf Basis von Schaftformanalysen nachweisen, dass das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser (H/D-Verhältnis) im Jungbestand (Alter 20) sehr wohl noch Unterschiede zwischen Rein- und Mischbestand zeigt. Kiefern wachsen in dieser Altersphase in Mischung offenbar mit geringerem Konkurrenzdruck auf und haben entsprechend niedrigere H/D-Werte.

Die Baumart Fichte gerät in dieser Altersphase durch das rasche Jugendwachstum der Kiefer unter Konkurrenzdruck und zeigt deutlich schlankere Stämme als im Reinbestand. Dieser Unterschied zwischen Rein- und Mischbestand gleicht sich bis zum Alter von 60 bis 70 Jahren wieder aus.

In der Höhenkonkurrenz ist die Fichte der Kiefer in Mischbeständen im Allgemeinen um etwa 5 % überlegen. Diese Höhenrelation der beiden Baumarten verschiebt sich mit dem Alter und den standörtlichen Wachstumsbedingungen (Künstle 1962; Schulze 1972; Kasa 1975). In der Jugend dominiert die Kiefer noch auf den meisten Standorten. In Beständen älter als 70 Jahre dominiert die Kiefer nur noch auf sandigen basenarmen Standorten.

Inventurdaten aus dem Bayerischen Staatswald zeigen, dass die Konkurrenzkraft der Fichte mit zunehmendem Sandanteil nachlässt (Abbildung 8). Bereits bei einem Sandanteil von etwa 50 % erreicht die Fichte bestenfalls die Höhe der Kiefer, kann diese aber nicht mehr überwachsen. Auch bei vergleichsweise geringem Nährstoffangebot (Tiefenverlaufstypen der Basensättigung 4 und 5 in Abbildung 9) lässt die Konkurrenzkraft der Fichte erkennbar nach.

Die temporären Versuchsflächen des Projekts W40 bewegen sich überwiegend in diesem Bereich geringer Basenausstattung (Basenverlaufstypen 4 (5)) und hoher Sandanteile von über 60 %. Entsprechend findet sich dort bis zum untersuchten Alter von durchschnittlich etwa 70 Jahren ein ausgeglichenes Höhenverhältnis von Kiefer und Fichte.

Die Abbildungen 10 und 11 vergleichen den »rekonstruierten« beobachteten Zuwachs im Reinbestand mit dem auf Basis des Wachstums von Kiefer oder Fichte im Mischbestand erwarteten Zuwachs. Abbildung 12 zeigt hingegen den Vergleich des beobachteten Zuwachses im Mischbestand mit dem auf Basis der korrespondierenden Reinbestände erwarteten Zuwachses. Abbildung 13 stellt das Verhältnis der Zuwächse aus 12 im Kreuzdiagramm (relative Produktivität), inklusive der Beiträge der einzelnen Baumarten (Kiefer = grün; Fichte = rot), zusammenfassend dar.

Das auf den Versuchsflächen vergleichsweise ausgeglichene Konkurrenzverhältnis zwischen Kiefer und Fichte führt zu einer höheren Bestandsproduktivität und zu einem relativen Mehrzuwachs der Mischbestände (Abbildungen 10 und 13). Vergleicht man den Volumenzuwachs der Mischbestände mit dem auf Basis der benachbarten Reinbestände erwarteten Zuwachs, so zeigt sich in Abbildung 12 und 13 ein Mehrzuwachs von insgesamt + 4 %.

Dieser Mehrzuwachs wird offenbar im Wesentlichen von der Baumart Fichte (Abb.10) getragen (+ 7 %). Dies bestätigt auch die Analyse des Grundflächenzuwachses. Demzufolge leisten die Mischbestände einen relativen Mehrzuwachs von + 8 % (Fichte: + 22 %, Kiefer: – 2 %). Eine weiterführende Analyse auf Einzelbaumebene bestätigt, dass die Fichte offenbar besonders vom Wachstum in Mischung mit der Kiefer profitiert.
Demnach führt eine Kiefernbeimischung von 50 % in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Fichte zu einem jährlichen Volumenmehrzuwachs von +18 %. Eine vergleichbare Kiefer mit einer 50 % -igen Fichtenbeimischung in der unmittelbaren Umgebung büßt hingegen 7 % an Volumenzuwachs ein.

Dies deckt sich mit den Ergebnissen von Spatz (2015) zur Kronenentwicklung. Spatz zeigt auf Basis von 1.675 Kronenablotungen, dass eine Kiefernkrone eines 30 m hohen sowie eines 25 cm dicken Baumes im beobachteten Alter von durchschnittlich etwa 70 Jahren um 5 % kleiner und 5 % kürzer ist. Gleichzeitig weisen vergleichbare Fichten eine um 10 % größere und fast 35 % längere Krone auf.

Auf den temporären Versuchsflächen zeigt sich weiterhin die größere Trockenheitssensitivität der Baumart Fichte. Im Vergleich zu einer jeweils dreijährigen Vorperiode beträgt der durchschnittliche trendbereinigte Zuwachseinbruch herrschender Fichten im Rein- und Mischbestand in den Trockenjahren von 1947 bis 2003 und den jeweils folgenden zwei Verlustjahren etwa –38 % (Kiefer –18 %).

Darüber hinaus zeigt sich auch, dass die Baumarten abweichende Erholungsfähigkeiten aufweisen. Brauchen Kiefern rechnerisch 2,3 Jahre, um wieder das Zuwachsniveau vor dem Trockenjahr zu erreichen, so sind dies bei der Baumart Fichte 2,7 Jahre.

Überträgt man das Zuwachsverhalten der ausgewählten Bohrungsbäume auf das gesamte Bestandeskollektiv und die Einheitsfläche von 1 ha, so zeigt sich in Fichten- Reinbeständen für das Trockenjahr 2003 und für die darauf folgenden zwei Verlustjahre ein Zuwachseinbruch von insgesamt – 0,80 m2/ha (Abbildung 14). Dieser Verlust entspricht etwa 80 % des Zuwachses eines durchschnittlichen Jahres.

Fichten im Mischbestand weisen im direkten Vergleich einen geringeren Zuwachsverlust auf. Gepaart mit einem noch geringeren Zuwachseinbruch der Baumart Kiefer (–0,15 m2/ha) führt dies in der Summe in Kiefern-Fichten-Mischbeständen zu einer Abpufferung trockenheitsbedingter Zuwachsverluste. Bei einer Zunahme von Trockenereignissen könnte dieser Effekt darüber hinaus sogar die allgemeine Produktivitätsrelation zwischen Kiefer und Fichte und zwischen Rein- und Mischbeständen weiter zu Gunsten der Mischbestände verschieben.

Die Auswertung der temporären Versuchsflächen und Inventurdaten aus dem Bayerischen Staatswald ermöglicht eine allgemeine Differenzierung unterschiedlicher Entwicklungstypen in gleichaltrigen Kiefern-Fichten-Mischbeständen (Abbildung 15). Die Abgrenzung der Bestandstypen orientiert sich dabei an den Arbeiten von Schwappach (1909; 1914), Schilling (1925) und Schulze (1972).

Der Typ Kie≈Fi spiegelt ein überwiegend ausgewogenes Konkurrenzverhältnis von Kiefer und Fichte wider (Abbildung 15, Mitte). Unter heutigen Wachstumsbedingungen repräsentiert dieser Bestandstypus das Standortspektrum mäßig nährstoff- und wasserversorgter, schwach lehmiger oder toniger Sande. Dieser Bestandstyp entspricht in etwa den Standortverhältnissen auf den temporären Versuchsflächen des Projekts W40.

Waldbauliche Eingriffe dienen hier im Wesentlichen der Steuerung von Mischungsanteilen. Solche Eingriffe können den Wuchsraum und die Größenentwicklung der jeweiligen Art fördern, sind aber nicht für den Erhalt der Arten im Bestandsgefüge erforderlich.

Auf noch trockeneren, nährstoffärmeren und flachgründigen Standorten oder noch sandigeren sowie sehr feuchten Standorten nimmt die Höhenwuchsleistung der Fichte stärker ab als jene der Kiefer, so dass die Kiefer von der Jugend an dominiert und sich der Bestandstypus Kie > Fi ausbildet (Abbildung 15, links). Waldbauliche Eingriffe orientieren sich an den Vorgehensweisen in Kiefern-Reinbeständen.

Auf besser wasserversorgten und nährstoffreicheren, in der Regel lehmigeren Standorten, bildet sich der Entwicklungstyp Kie < Fi aus (Abbildung 15, rechts). In diesem Typus dominiert die Fichte die Höhenentwicklung deutlich früher im Bestandsleben (ab ca. 50 –70 Jahren), unter besonders günstigen Bedingungen in Mitteleuropa zum Teil sogar bereits ab der frühesten Jugend (Kasa 1972; Künstle 1962 a; Schulze 1972; Wiedemann 1951).

Mit zunehmender Höhenüberlegenheit der Fichte gerät die Kiefer unter Lichtkonkurrenz und wird in ihrer seitlichen Kronenentwicklung eingeengt, was schließlich zu ihrem Ausfall führen kann. Ohne kontinuierliche Förderung wird die Kiefer in diesem Bestandstyp fortlaufend an Mischungsanteilen verlieren (s. hierzu z. B. Schilling 1925). Zum Erhalt müssten bereits in mittelalten Beständen Fichten im Umfeld der Kiefer entnommen werden.

Das führt unweigerlich zu Grundflächenabsenkungen und Zuwachsrückgängen, die von der Kiefer in Altbeständen kaum kompensiert werden können. Vor dem Hintergrund laufender klimatischer Veränderungen und vergleichsweise hoher Risikoeinstufung fichtendominierter Waldbestände in weiten Teilen Bayerns (Beck et al. 2012; Taeger und Kölling 2016; Taeger et al. 2016) erscheinen Eingriffe zugunsten der Baumart Kiefer und zulasten der Baumart Fichte im Bestandstyp Kie < Fi aber durchaus als sinnvoll.

Die Zukunft von Kiefern-Fichten-Mischbeständen hängt maßgeblich von den zukünftigen klimatischen und standörtlichen Entwicklungen ab.

Für Bayern liegt mit dem digitalen Standortinformationssystem BaSIS und den darin enthaltenen Anbaurisikokarten eine regelbasierte Abschätzung des zukünftigen Anbaurisikos für fast alle heimischen Baumarten vor (Beck et al. 2012; Taeger und Kölling 2016; Taeger et al. 2016).

Diese Einschätzung beruht auf aktuellen klimatisch beeinflussten Vorkommenswahrscheinlichkeiten sowie Klimaprojektionen, Bodeninformationen und Expertenwissen. Praktikern steht damit ein wichtiges Hilfsmittel für waldbauliche und betriebliche Entscheidungen zur Verfügung.

Diese aus einer Vielzahl von Faktoren abgeleitete zukünftige Überlebensfähigkeit einer Baumart bietet aber letztlich noch keinen unmittelbaren waldwachstumskundlichen Hinweis auf eine etwaige Verschiebung der Konkurrenzverhältnisse zwischen den Baumarten. Verwendet man statt einer globalen Überlebensfähigkeit das Jahrringwachstum als Vitalitätsweiser, lassen sich aus der Reaktion auf Klima- und Witterungsschwankungen allgemeine baumartenspezifische Verhaltensmuster ableiten.

Auf Grundlage der hier vorgestellten Ergebnisse und der Arbeiten von Pichler und Oberhuber (2007), Schuster und Oberhuber (2013) sowie Zang (2011) bestätigt sich die größere Zuwachsreduktion der Baumart Fichte bei Trockenstress. Damit dürfte die Fichte bei einer prognostizierten allgemeinen Erwärmung und einer häufigeren Wiederkehr von Trockenereignissen in fast allen Entwicklungstypen der Kiefern- Fichten- Mischbestände (Abbildung 8) außerhalb der Gebirgslagen an Vitalität und Konkurrenzkraft einbüßen (Falk et al. 2015) und Flächenanteile verlieren.

Die Kiefer könnte ihre heutigen Flächenanteile entsprechend halten, beziehungsweise sogar ausbauen.

Diese klimatisch bedingte natürliche Dynamik zugunsten der Baumart Kiefer wird allerdings von folgenden, im Wesentlichen menschlich beeinflussten Entwicklungen überlagert: Beispielsweise begünstigen etablierte waldbauliche Verfahren mit einzelstammweiser Nutzung und langen Verjüngungszeiträumen schattentolerantere Klimaxbaumarten.

Ferner führen die erhöhten Stickstoff- und drastisch reduzierten Schwefeldepositionen sowie die abschließende Aufgabe der Streunutzung in den 1950er Jahren zu standörtlichen Verbesserungen. Dies ermöglicht eine hohe Verjüngungsdynamik der Baumart Fichte und erschwert zugleich die Verjüngungsbedingungen für die Baumart Kiefer (Brosinger und Tretter 2007).

In Kombination führen diese Faktoren letztlich zu einem deutlichen Rückgang der Kiefern-Reinbestände und Kiefern- Fichten-Mischbestände. Mit Blick auf eine ökonomische und ökologische Diversifizierung und Risikostreuung sowie die höhere Produktivität und Stabilität von Mischbeständen erscheint es allerdings durchaus sinnvoll, auch zukünftig die Chancen und Möglichkeiten von Kiefern-Fichten-Mischbeständen, gegebenenfalls als Zeitmischung sowie unter Beteiligung weiterer Mischbaumarten, zu nutzen (Brosinger und Tretter 2007).

Anders als in der Vergangenheit sollte dies jedoch nicht zu großen einförmigen Beständen führen, sondern zu kleineren, aber noch gut zu bewirtschaftenden Teilflächen. Hierzu sind in geeigneten Wuchsräumen Nord- und Nordostbayerns angepasste Waldbauverfahren und Verjüngungstechniken erforderlich.

Dazu gehören räumlich differenzierte, sehr lichte Schirmstellungen und gegebenenfalls auch standörtlich angepasste Bodenbearbeitungsverfahren. Zur optimalen Ausschöpfung der Wirkung von Mischbeständen (Mischbestandseffekten) sollten hierbei auch einzelstammweise Mischungsformen ermöglicht werden.