Urs Beat Brändli

Quantitative estimates of change of primeval European beech (Fagus sylvatica L.) forests at the landscape scale over time are scarce due to both the few remnants of such forests and the absence of repeated sample plot inventories. This forest ecosystem is thought to be relatively stable over time, but it remains unclear what drivers contribute to this stability. Here, we studied temporal change in one of the largest primeval beech forests. Our analysis is based on two consecutive inventories on 238 permanent sample plots in the Uholka-Shyrokyi Luh forest in Transcarpathia, Ukraine, covering 102.8 km². The inventories were carried out in 2010 and 2019.
This data allowed us to derive quantitative estimates for the main structural characteristics tree density, basal area and volume on a landscape scale and to characterize the demographic processes that shape this forest ecosystem. The structural characteristics tree density (2010: 441 N ha¹, 2019: 458 N ha⁻¹), basal area (2010: 35.9 m² ha⁻¹, 2019: 35.4 m² ha⁻¹), and standing volume (2010: 578 m³ ha⁻¹, 2019: 584 m³ ha⁻¹) of the living trees remained stable between the two inventories. The species composition, characterized by a pronounced dominance of beech, remained virtually unchanged as well, with 97.9% of the stems being beech trees in the first and 97.1% in the second inventory. In contrast, we observed a relatively high dynamic when looking at the demographic processes more closely. About 11% of the trees found alive in 2010 died until 2019, resulting in an annual mortality rate of 1.3%. Ingrowing trees compensated for trees that died or decayed regarding tree density, but only to a small extent regarding volume. The volume lost was largely compensated by the growth (8.0 m³ ha⁻¹ year⁻¹) of the surviving trees.
This work characterizes the change of forest attributes in a primeval beech forest at the landscape scale over a time of period of nine years and provides baseline indicators on the development and dynamics of primeval beech forests. It broadens our understanding about the contribution of the main demographic processes to the pronounced structural and compositional continuity of primeval beech forests.

Der Trend zu arten- und strukturreicheren Waldbeständen setzt sich fort. Das zeigen die Ergebnisse des vierten Schweizerischen Landesforstinventars (LFI4). Auch Baumgiganten und Totholz nahmen weiter zu. Allerdings sind strauchförmige Neophyten auf dem Vormarsch, und die Hochlagenwälder verdunkeln.

Les peuplements forestiers s’enrichissent en essences et en structures. C’est ce que montrent les résultats du 4^e Inventaire forestier national (IFN4). Les arbres géants et le bois mort ont continué à augmenter. Les arbustes néophytes progressent aussi et les forêts de haute altitude s’assombrissent.

Devenue plus dense, la forêt protectrice offre un meilleur rempart contre les dangers naturels gravitaires (avalanches, chutes de pierres…). Mais en raison de l'augmentation de cette densité, sa régénération peut être freinée. L’abroutissement par les ongulés pose problème.

Gemäss dem vierten Landesforstinventar (LFI4) sind 42% des Schweizer Waldes Schutzwald. Indem der Schutzwald dichter geworden ist, schützt er besser vor gravitativen Naturgefahren, etwa Lawinen oder Steinschlag. Aber durch die zunehmende Dichte verjüngt er sich auch schlechter, dazu kommt Verbiss durch Wildhuftiere.

Habitatbäume sind eine Schlüsselkomponente der Waldbiodiversität. Seit rund 20 Jahren ist die Bedeutung von Baummikrohabitaten (BMH) als Lebensraum für Tausende teils hochspezialisierte Arten bekannt, und BMH finden zunehmend Eingang ins Waldmonitoring. Mit der Einführung der ersten europäischen Typologie der BMH verfügen das Schweizerische Landesforstinventar (LFI) und die Inventur im Buchenurwald Uholka-Schyrokyj Luh in der Ukraine als erste Grossrauminventuren über repräsentative Referenzdaten. Auch wenn die Reproduzierbarkeit bei einigen BMH-Typen eher schlecht ist, sind nach drei Erhebungsjahren des fünften LFI doch erste aufschlussreiche Vergleiche möglich. Im Schweizer Wald weisen 60% der stehenden lebenden Bäume ab 12 cm Brusthöhendurchmesser mindestens ein BMH auf. Am häufigsten in Stück pro Hektare sind solche mit Flechtenbewuchs (73), Moosbewuchs (67), Stammfusshöhlen (53), Kronentotholz (47) und Harzfluss (37), selten jene mit tiefen Mulmhöhlen (4), Spalten (1), Spechtbruthöhlen (1) und Pilzfruchtkörpern (1). Am geringsten ist die Anzahl BMH-Typen an Tannen (0.6), am grössten an Arven (1.6), Eichen (1.4) und Kastanien (1.3). Generell nimmt die Anzahl verschiedener BMH-Typen mit zunehmendem Baumdurchmesser zu. Die BMH-Dichte variiert je nach Waldfunktion, Waldeigentum, letzter Nutzung, Höhenlage und Geländeneigung. Die tiefen Werte im Mittelland und im östlichen Jura könnten Handlungsbedarf indizieren. Die BMH-Dichte an lebenden Bäumen ist im Schweizer Buchenwald gleich gross wie im Buchenurwald Uholka-Schyrokyj Luh. Allerdings sind tiefe Baumhöhlen, Rindentaschen, Kronentotholz und mehrjährige Pilzfruchtkörper im Buchenurwald häufiger, im Buchenwald dagegen Dendrotelme, Moos- und Efeubewuchs. Der wohl wichtigste ökologische Unterschied liegt im Totholzvolumen, das im Buchenurwald insgesamt fast dreimal so hoch ist wie im Buchenwald, bei den Dürrständern sogar fast sechsmal so hoch.

Habitat trees are a key component for forest biodiversity. Tree-related microhabitats (TreM) were identified about 20 years ago as important habitats for thousands of species, some of which are highly specialised, and are increasingly being taken into consideration in forest monitoring. With the introduction of the first European TreM typology, the Swiss National Forest Inventory (NFI) and the inventory in the primeval beech forest Uholka-Schyrokyj Luh in Ukraine became the first large-scale inventories to have representative reference data. Although the reproducibility of some TreM types is rather poor, it is now possible, after three survey years of the fifth NFI, to make initial informative comparisons. In the Swiss forest, 60% of the standing living trees with a diameter at breast height of 12 cm or more have at least one TreM. The most frequent TreMs per hectare are those with lichen cover (73), moss cover (67), buttress-root concavities (53), crown deadwood (47), and resin flow (37), whereas those with deep rot holes (4), cracks (1), woodpecker breeding cavities (1), and fungal fruiting bodies (1) are rarer. The tree with the fewest TreM types is the silver fir (0.6), and the most are found on stone pines (1.6), oaks (1.4) and chestnuts (1.3). In general, the number of different TreM types increases with increasing tree diameter. TreM density varies according to forest function, forest ownership, previous use, altitude, and slope. The low frequency on the Central Plateau and in the eastern Jura could indicate that action is needed. The TreM density on living trees in Swiss beech forests is the same as in the Uholka-Schyrokyj Luh primeval beech forest. However, deep tree cavities, bark pockets, crown deadwood and perennial fungal fruiting bodies are more common in Ukraine’s primeval beech forest. In contrast, dendrotelms, moss and ivy growth are more common in Switzerland’s beech forests. Probably the most important ecological difference is in the volume of deadwood, which is almost three times higher in the primeval beech forest than in Swiss beech forests, and as much as six times higher if the focus is on standing dead trees.

Um der Waldbewirtschaftung und -planung sowie der Forschung und dem Naturschutz eine neue Grundlage zur Verfügung zu stellen, wurde im Projekt MoGLI (Modellierung Gehölzarten LFI) die potenzielle Verbreitung der häufigsten Gehölzarten für den Schweizer Wald modelliert. Zur räumlichen Modellierung standen Daten des Schweizerischen Landesforstinventars (LFI) zur Verfügung. Für die Verbreitungskarten wurde das bekannte Vorkommen von Arten aus dem LFI mit flächendeckenden Umweltvariablen als Prädiktoren in eine statistische Beziehung gesetzt. Für eine bessere Genauigkeit der Vorhersagen verwendeten wir neben häufig benutzten Prädiktoren wie Klima und Topografie auch eine Boden-pH-Karte und entwickelten neue Prädiktoren, welche die Waldstruktur mithilfe von luftgestütztem LiDAR (Light Detection and Ranging; Laserscanning) beschreiben. Auf diese Weise konnte das potenzielle Verbreitungsgebiet von 56 Gehölzarten mit hoher Genauigkeit modelliert werden. Die Verbreitungskarten für diese Arten stehen in einer Auflösung von 25 m × 25 m mit dazugehörigen Metadaten und Qualitätskriterien zur Verfügung und können in einer WebGIS-Applikation interaktiv betrachtet werden.

By means of modeling the potential distribution of the most common woody species for the Swiss forests, we wanted to provide an important basis for forest management and planning as well as for research and nature conservation. Data from the Swiss National Forest Inventory (LFI) were available for the spatial modeling of woody species. Potential distribution maps were created by statistically relating the known occurrence of species from the LFI with areal environmental variables as predictors. We used a soil pH map in addition to commonly used predictors such as climate and topography, and developed new predictors describing forest structure using airborne LiDAR (Light Detection and Ranging; laser scanning) in order to maximize the accuracy of spatial predictions. Overall, we were able to model the potential distribution range of 56 woody species with good accuracy. The distribution maps of these species are available at a resolution of 25 m × 25 m with associated metadata and quality indicators and can be viewed interactively in a WebGIS application.

Der Schweizer Wald spielt für die Erhaltung der biologischen Vielfalt eine zentrale Rolle. Mehr als ein Drittel der bei uns vorkommenden Tiere und Pflanzen sind auf den Wald angewiesen. Die Ergebnisse des LFI4 zeigen, dass der Schweizer Wald ein relativ naturnahes Ökosystem ist. Die Baumarten- und die Strukturvielfalt haben weiter zugenommen, ebenso die dicken Bäume und besonders das Totholz, eine Lebensgrundlage für viele Waldarten. Im Gegensatz zum Mittelland sind die Wälder der Alpen und Alpensüdseite dichter geworden, was dort zur Folge haben kann, dass licht- und wärmeliebende Arten seltener werden. Auch sind viele Waldränder noch eintönig, auch wenn dort die Gehölzartenvielfalt und in geringerem Masse auch die Strukturvielfalt zugenommen haben. Zugenommen hat die Fläche der Waldreservate auf einen Anteil von 5,8 % der Schweizer Waldfläche nach LFI-Definition. Mächtige Bäume sind dort wie auch im übrigen Wald noch immer relativ selten.

Forests play a central role for the conservation of biodiversity in Switzerland. More than a third of the local animal and plant species are dependent on forests. The results of the fourth national forest inventory (NFI4) indicate that the forests in Switzerland are relatively natural. The tree species and structural diversity has increased, as well as the number of large trees and especially deadwood, which serve as habitat for many forest related species. In contrary to the forests in the Plateau, forests in the Alps and the Southern Alps became denser. This possibly leads to a reduction of light- and thermophilic species. Furthermore, many forest edges are monotonous, even though their richness in woody species and structural diversity has increased. The area of forest reserves has increased to 5,8 % of the forest area in Switzerland according to the NFI definition. There, huge trees are relatively rare, similarly to the rest of the forest.

L'inventaire forestier national constitue un instrument important pour le contrôle de la durabilité en forêt aux niveaux national et international. L'évolution durant la dernière décennie montre que la gestion forestière suisse est devenue encore plus durable dans bien des domaines et se place parmi les plus élevées en comparaison européenne.

Das Landesforstinventar ist ein wichtiges Instrument zur Kontrolle der Nachhaltigkeit im Wald auf nationaler und internationaler Ebene. Die Entwicklung im letzten Jahrzehnt zeigt: Das Waldmanagement wurde in der Schweiz in vielen Bereichen noch nachhaltiger und ist auch im europäischen Vergleich auf einem hohen Stand.

The transition to a climate-neutral economy is expected to increase future timber demands and endanger the multifunctionality of forests. National scenario analyses are needed to determine long-term forest management impacts and support forest policy making in defining guidelines for the sustainable provision of forests' ecosystem services and biodiversity (ESB). Using national forestry inventory data, the forest management model MASSIMO and a model to estimate harvesting costs, we simulated forest development in Switzerland under five politically relevant timber harvesting scenarios until 2106 (business as usual and four increased timber mobilisation scenarios). Model results were analysed using a utility-based multi-criteria approach regarding timber production, protection against gravitational hazards, carbon sequestration and biodiversity conservation for the whole of Switzerland and for five sub-regions. The development of ESB benefits over time and existing trade-offs were analysed. Apart from the Plateau region, the business-as-usual scenario resulted in the highest overall ESB benefits. However, this scenario did not mobilise possible timber potentials, which is not in line with current forest policies. In the Plateau region, ESB benefited most under a constant growing stock scenario that guaranteed long-term sustainable timber usage. Nevertheless, both scenarios showed strong trade-offs between biodiversity conservation and the service carbon sequestration. The latter was achieved best under a scenario with conifer promotion and increased harvested timber volumes that can be used for long-living timber products and substitution of energy intensive materials and fossil fuels. Even though weighting the ESB according to regional management priorities further increased the trade-off situation, it also increased the overall benefits of harvesting scenarios, except for in mountainous regions. We conclude that no single scenario can maximize all ESB benefits simultaneously. A combination of locally adapted scenarios with targeted priorities can guarantee a higher degree of multifunctionality and long-term timber supply, but at the cost of locally more accentuated trade-offs. Overall, our study provides new insights into ESB interactions, and the presented multi-criteria framework and results provide a valuable basis to support forest policy decision making in Switzerland and beyond.

Der Schweizer Wald spielt für die Erhaltung der biologischen Vielfalt eine zentrale Rolle. Mehr als ein Drittel der bei uns vorkommenden Tiere und Pflanzen sind auf den Wald angewiesen. Die Ergebnisse des LFI4 zeigen, dass der Schweizer Wald ein relativ naturnahes Ökosystem ist. Der Anteil an eingeführten Baumarten ist in fast allen Regionen verschwindend gering, aber eingeführte Straucharten breiten sich zusehends aus. Die Waldverjüngung erfolgt meist natürlich. Naturferne Fichtenbestände haben im Mittelland gleich wie in der Vorperiode abgenommen. Die Baumarten- und die Strukturvielfalt haben weiter zugenommen, ebenso die Anzahl dicker Bäume und besonders das Totholz, eine Lebensgrundlage für viele Waldarten. Im Gegensatz zum Mittelland sind die Wälder der Alpen und der Alpensüdseite dichter geworden, was dort zur Folge haben kann, dass licht- und wärmeliebende Arten seltener werden. Auch sind viele Waldränder noch eintönig, auch wenn dort die Artenvielfalt und in geringerem Masse auch die Strukturvielfalt zugenommen haben. Zugenommen hat die Fläche der Waldreservate auf einen Anteil von 5,8 % der Schweizer Waldfläche nach LFI-Definition. Waldreservate weisen einen grösseren Anteil an Beständen mit hohem Biotopwert auf, aber mächtige Bäume sind dort wie auch im übrigen Wald noch immer relativ selten.

Das Landesforstinventar (LFI) ist eine periodische Erhebung des Bundes über den Zustand und die Entwicklung des Schweizer Waldes. Im vorliegenden Kapitel werden die Geschichte und die Ziele sowie die Methoden der Datenerhebung und -analyse des LFI vorgestellt, soweit sie für das Verständnis und die Interpretation der im Bericht dargestellten Ergebnisse notwendig sind.

La forêt suisse joue un rôle primordial pour le maintien de la diversité biologique. Plus d'un tiers des espèces animales et végétales présentes chez nous sont inféodées à la forêt. Les résultats de l'IFN4 montrent que la forêt suisse est un écosystème relativement proche de l'état naturel. Dans presque toutes les régions, la proportion d'essences introduites est très faible, alors que les arbustes introduits se répandent de plus en plus. La régénération est le plus souvent naturelle et les pessières étrangères à la station ont diminué sur le Plateau comme lors de la période précédente. La diversité des essences et des structures continue d'augmenter, de même que le nombre de gros arbres et plus particulièrement le bois mort, base vitale pour de nombreuses espèces forestières. Au contraire du Plateau, les forêts des Alpes et du Sud des Alpes sont devenues plus denses, ce qui peut entraîner une raréfaction des espèces héliophiles et thermophiles dans ces forêts. De nombreuses lisières sont encore relativement monotones, même si la diversité des essences et des structures est en hausse. La surface des réserves forestières a augmenté pour atteindre 5,8 % de la surface de la forêt suisse selon la définition de l'IFN. Les réserves forestières contiennent une plus grande proportion de peuplements avec une valeur de biotope élevée, mais les arbres de gros diamètre restent toujours relativement rares, comme dans le reste de la forêt.

La forêt joue un rôle important pour la qualité de l'eau potable. En Suisse, plus de 10 % de la forêt se trouvent dans des zones de protection des eaux souterraines des cantons. En région de montagne, la forêt protège les infrastructures des dangers naturels, souvent de manière décisive. 42 % de la forêt suisse protègent des zones habitées et des voies de communication. La majeure partie de la forêt protectrice est en bon état quant aux indicateurs de l'effet protecteur que sont le degré de recouvrement, l'étendue des trouées et la densité du peuplement. La proportion de forêt protectrice affichant une régénération insuffisante a toutefois clairement augmenté depuis l'IFN3. Le sapin, une essence importante dans les forêts protectrices, est aujourd'hui trop fortement victime de l'abroutissement.

L'inventaire forestier national (IFN) est un relevé périodique de l'état et du développement de la forêt suisse conduit par la Confédération. Ce chapitre présente l'historique et les objectifs de l'inventaire ainsi que les méthodes de collecte et d'analyse des données pour faciliter la compréhension des résultats contenus dans ce rapport.