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Assessment of forest functionality and the effectiveness of forest management and certification

  • Forest ecosystems are complex systems that develop inherent structures and processes relevant for their functioning and the provisioning of ecosystem services that contribute to human wellbeing. With increasing climate change impacts, especially regulating ecosystem services such as microclimate regulation are ever more relevant to maintain forest functions and services. A key question is how forest management supports or undermines the ecosystems’ capacity to maintain those functions and services. The main objective of this thesis is the development of a concept to assess the functionality of forests and to evaluate the effectiveness of forest ecosystem management including certification. An ecosystem-based and participatory methodology, named ECOSEFFECT, was developed. The method comprises a theoretical and an empirical plausibility analysis. It was applied to the Russian National FSC Standard in the Arkhangelsk Region of the Russian Federation - where boreal forests are exploited to meet Europe's demand for timber. In addition, the influence of forestry interventions on temperature regulation in Scots pine and European beech forests in Germany was assessed during two extreme hot and dry years in 2018 and 2019. Microclimate regulation is a suitable proxy for forest functionality and can be applied easily to evaluate the effectiveness of forest management in safeguarding regulating forest functions relevant under climate change. Thus, the assessment of forest microclimate regulation serves as convenient tool to illustrate forest functionality. In the boreal and temperate forests studied in the frame of this thesis, timber harvesting reduced the capacity to self-regulate forests’ microclimate and thus impair a crucial part of ecosystem functionality. Changes in structural forest characteristics influenced by forest management and silviculture significantly affect microclimatic conditions and therefore forest ecosystems' vulnerability to climate change. Canopy coverage and the number of cut trees were most relevant for cooling maximum summer temperature in pine and beech forests in northern Germany. The Russian FSC standard has the potential to improve forest management and ecological outcomes, but there are shortcomings in the precision of targeting actual problems and ecological commitment. It is theoretically plausible that FSC prevents logging in high conservation value forests and intact forest landscapes, reduces the size and number of clearcuts, and prevents hydrological changes in the landscape. However, the standard was not sufficiently explicit and compulsory to generate a strong and positive influence on the identified problems and their drivers. Moreover, spatial data revealed, that the typical regular clearcut patterns of conventional timber harvesting continue to progress into the FSC-certified boreal forests, also if declared as "Intact Forest Landscape". This results in the need to verify the assumptions and postulates on the ground as it remains unclear and questionable if functions and services of boreal forests are maintained when FSC-certified clearcutting continues.The analysis of satellite-based data on tree cover loss showed that clearcutting causes secondary dieback in the surrounding of the cleared area. FSC-certification does not prevent the various negative impacts of clearcutting and thus fails to safeguard ecosystem functions. The postulated success in reducing identified environmental threats and stresses, e. g. through a smaller size of clearcuts, could not be verified on site. The empirical assessment does not support the hypothesis of effective improvements in the ecosystem. In practice, FSC-certification did not contribute to change clearcutting practices sufficiently to effectively improve the ecological performance. Sustainability standards that are unable to translate principles into effective outcomes fail in meeting the intended objectives of safeguarding ecosystem functioning. Clearcuts that carry sustainability labels are ecologically problematic and ineffective for the intended purpose of ecological sustainability.The overexploitation of provisioning services, i.e. timber extraction, diminishes the ecosystems' capacity to maintain other services of global significance. It also impairs ecosystem functions relevant to cope with and adapt to other stresses and disturbances that are rapidly increasing under climate change.
  • Wälder sind komplexe Ökosysteme, die mit zunehmendem Wachstum und Entwicklung diverse inhärente Strukturen und Prozesse ausprägen, die für ihre Funktionstüchtigkeit und die Bereitstellung von Ökosystemleistungen relevant sind und auch zum menschlichen Wohlergehen beitragen. Mit zunehmendem Klimawandel werden insbesondere regulierende Ökosystemleistungen wie z. B. die Regulation des Mikroklimas immer relevanter, um die Funktionen und Leistungen des Waldes dauerhaft zu gewährleisten. Eine zentrale Frage dabei ist, wie Waldbewirtschaftung die Fähigkeit der Ökosysteme diese Funktionen und Leistungen aufrecht zu erhalten, unterstützt oder untergräbt. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts zur Beurteilung der Funktionstüchtigkeit von Wäldern und zur Bewertung der Wirksamkeit von Waldökosystemmanagement und Zertifizierung. In diesem Zusammenhang wurde eine ökosystembasierte und partizipative Methodik entwickelt, die den Namen ECOSEFFECT trägt. Diese Methode umfasst eine theoretische und eine empirische Plausibilitätsanalyse, die zur Beurteilung und Bewertung des russischen FSC-Standards in der Region Archangelsk der Russischen Föderation eingesetzt wurde - dort wo boreale Wälder großflächig kahlgeschlagen werden, um die europäische Nachfrage nach Holz zu decken. Zusätzlich wurde der Einfluss von forstwirtschaftlichen Eingriffen auf die Temperaturregulation von Kiefern- und Rotbuchenwäldern in Deutschland während zweier extrem heißer und trockener Sommer in den Jahren 2018 und 2019 untersucht. Die Regulation des Mikroklimas ist ein geeigneter Proxy für die Funktionstüchtigkeit von Wälder und kann zur Bewertung der Effektivität von Waldbewirtschaftung angewendet werden. Mikroklima stellt den entscheidenden Indikator dar, der Kahlschläge von Primärwäldern unterscheidet. Damit ist die Bewertung der Mikroklimaregulation von Wäldern ein geeignetes Instrument zur Darstellung der Waldfunktionalität. In den borealen und gemäßigten Wäldern, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden, hat die Holzernte die Fähigkeit zur Selbstregulierung des Waldmikroklimas reduziert und damit die Funktionstüchtigkeit des Ökosystems beeinträchtigt. Waldstrukturen die durch die Waldbewirtschaftung und den Waldbau beeinflusst werden, wirken sich erheblich auf die mikroklimatischen Bedingungen und damit auf die Anfälligkeit des Ökosystems gegenüber dem Klimawandel aus. Der Kronenschlussgrad und die Anzahl der gefällten Bäume zeigten sich als die relevantesten Indikatoren, die Temperaturspitzen beeinflussen. Der russische FSC-Standard hat das Potenzial, die Waldbewirtschaftung in Archangelsk zu verbessern, aber es gibt zahlreiche Ungenauigkeiten bei der Adressierung der tatsächlich identifizierten Probleme und bei der ökologischen Verbindlichkeit. Es ist theoretisch plausibel, dass FSC den Holzeinschlag in Wäldern mit hohem Schutzwert und intakten Wäldern (Intact Forest Landscapes) verhindert, die Größe und Anzahl der Kahlschläge reduziert und negative hydrologische Veränderungen in der Landschaft verhindert. Allerdings ist der russische FSC-Standard nicht explizit und verpflichtend genug, um einen starken und positiven Einfluss auf die identifizierten Probleme und deren Treiber zu erzeugen. Darüber hinaus haben die räumlichen Analysen gezeigt, dass die typischen regelmäßigen Kahlschlagsmuster der konventionellen Holzernte auch in den FSC-zertifizierten borealen Wäldern fortbestehen, auch wenn sie als "intakte Wälder" deklariert sind. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die theoretischen Annahmen und Postulate vor Ort zu überprüfen, da es unklar und fraglich bleibt, ob die Funktionen und Leistungen der borealen Wälder erhalten bleiben, wenn der FSC-zertifizierte Kahlschlag weitergeht. Die satellitenbildbasierte Analyse zum Verlust der Baumbedeckung zeigte, dass Kahlschläge ein sekundäres Absterben in der Umgebung der gerodeten Fläche verursachen. Eine FSC-Zertifizierung verhindert die verschiedenen negativen Auswirkungen des Kahlschlags nicht und versagt somit bei der Sicherung der Ökosystemfunktionen. Der postulierte Erfolg bei der Reduktion von ökosystemaren Bedrohungen, z. B. durch eine geringere Größe von Kahlschlägen, konnte vor Ort nicht verifiziert werden. Die empirische Untersuchung widerlegt die Hypothese einer effektiven Verbesserung im Ökosystems. In der Praxis hat die FSC-Zertifizierung nicht dazu beigetragen, die Kahlschlagpraktiken ausreichend zu verändern, um die ökologischen Indikatoren wirkungsvoll zu verbessern. Nachhaltigkeitsstandards, die nicht in der Lage sind, Prinzipien in wirksame Maßnahmen mit messbaren positiven Ergebnissen umzusetzen, scheitern darin, die Funktionsfähigkeit des Ökosystems zu sichern. Zertifizierte Kahlschläge, die ein Nachhaltigkeitssiegel tragen, sind ökologisch problematisch und für den beabsichtigten Zweck Ökosystemfunktionen zu schützen, unwirksam. Die vorwiegende Nutzung von Wäldern primär zur Holzgewinnung vermindert die Fähigkeit der Ökosysteme, andere (v. a. regulierende) Leistungen, von globaler Bedeutung aufrechtzuerhalten. Sie beeinträchtigt die Ökosystemfunktionen, die für die Bewältigung und Anpassung an andere Belastungen und Störungen relevant sind, die im Zuge des Klimawandels häufiger und extremer werden.

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Metadaten
Author:Jeanette Silvin BlumröderORCiDGND
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-12094
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1209
Title Additional (German):Bewertung der Funktionstüchtigkeit von Waldökosystemen und Wirksamkeit von Waldbewirtschaftung und Zertifizierung
Advisor:Pierre Ibisch (Prof. Dr. Dr. h.c.)
Referee:Pierre Ibisch (Prof. Dr. Dr. h.c.)ORCiDGND, Werner Härdtle (Prof. Dr.)ORCiDGND, Hans Dieter Knapp (Prof. em. Dr.)GND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2021
Date of Publication (online):2021/12/14
Date of first Publication:2021/12/14
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2021/07/16
Contributing Corporation:Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE)
Release Date:2021/12/14
Pagenumber:143
Note:
Gleichzeitig genehmigte Promotion der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE), Centre for Econics and Ecosystem Management. - Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält vier Fachartikel.
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit
Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Ökologie (IE)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 577 Ökologie
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 58 Pflanzen (Botanik) / 581 Einzelne Themen in der Naturgeschichte
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