Mellert, Karl-Heinz, Janßen, Alwin und Šeho, Muhidin (AFZ-DerWald 24/2021): Methodenteil zum Beitrag „Wo finden wir Alternativherkünfte der Buche für den Klimawandel?“

Methoden

Abgrenzen der Herkunftsregionen

Zur Abgrenzung der verschiedener europäischer Herkunftsregionen der Buche orientierte sich an der Einteilung der Buchenwaldgesellschaften der Karte der Natürlichen Vegetation (41). Dabei wurde die Aufteilung der Buchenwälder nach Pflanzengeografischen Regionen in rund 30 Einheiten (21) herangezogen. Eine noch feinere Aufgliederung der Buchenwälder wäre möglich, würde aber die Übersicht erschweren und wäre hier nicht zielführend.

Klimadaten

Die Klimadaten entstammen WorldClim 2.1 (42). Als Prädiktoren in den Nischenmodellen wurden die Sommertemperatur [°C] (Tjja), die Minimumtemperatur im Winter [°C] (Tmin) und der Sommerniederschlag [mm] (Pjja) verwendet (26). Diese Parameter beschreiben limitierende Verhältnisse bezüglich des Wärme- und Wasserhaushalts. Die Temperaturdifferenz zwischen Januar- und Sommertemperatur charakterisiert die Kontinentalität von Herkunftsregionen.

Innerhalb der pflanzengeografischen Regionen (21) wurden die Klimawerte in einem 4 km Raster unter Berücksichtigung der Waldverteilung (43) als Präsenzen der Buchenherkünfte abgegriffen. Für die GLMs wurden als Absenzen alle Rasterwerte verwendet, die außerhalb der betrachteten pflanzengeografischen Regionen liegen, wobei außerhalb des Buchenwaldareals die Rasterdichte auf 16 km reduziert wurde.

Nischenmodelle

Nischenmodelle wenden die Nischentheorie auf Fragen der realen und möglichen Verbreitung von Arten in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft an (44). Nach Herkunftsregionen aufgesplittete Nischenmodelle (18), erlauben eine Aufgliederung nach den dort herrschenden klimatischen Selektionsdruck. Damit kann die potentiellen Umweltanpassung auf Ebene des Ökotyps erfasst und dargestellt werden. Über Klimaanalogien ist eine gezielte Auswahl von mutmaßlich klimawandelsicheren Herkünften möglich. Die hier vorgestellten Ansätze der Nischen- und Artverbreitungsmodellierung sind mit der Technik der Klimaanalogien (28) eng verwandt. Hier werden zwei Nischenmodelle eingesetzt, ein einfaches quantilbasiertes Verfahren nach dem Typ BIOCLIM (45) und das Gauss’sche Responsemodell (46), das in der numerischen Vegetationsanalyse zur Analyse der Art-Umweltbeziehung Anwendung findet (47). Der erste Ansatz ist ein sog. Presence-Only-Ansatz und basiert auf den potentiellen Vorkommen der Herkünfte im Klimaraum. Die klimatische Amplitude von Buchenherkünften wurde aus dem Präsenzbereich mithilfe von Quantilen (25%, 50%, 75%) abgeleitet und zusammen mit den Extremwerten als Boxplots dargestellt. Die 25%- und 75%-Perzentile beschreiben hierbei die Kernpräsenz, für die Reihung der Ökotypen wurde das Verbreitungszentrum (Median) verwendet. Die Extremwerte der klimatischen Verbreitung wurden als Antennen („Whiskers“) dargestellt. Das zweite Verfahren ist ein logistischen Regressionsmodell (GLM), bei dem sowohl potentielle Präsenzen als auch Absenzen berücksichtigt werden. Die Verwendung zweier verschiedener Methoden dient der Absicherung der Ergebnisse (48). Der einfache präsenzbasierte Ansatz hat den Vorteil, dass er in jedem Fall Werte liefert, während mit dem GLM beim Sommerniederschlag (Pwq) nicht in allen Fällen Optima abgeleitet werden konnten. Die Übereinstimmung beider Verfahren ist aber hoch, denn die aus BIOCLIM-Ansatz ermittelten Verbreitungszentren korrelieren stark mit den Optima des GLM (rPearson > 0,99 bei Tmin und Tjja; rPearson > 0,9 bei Pwq).