Christoph Düggelin

Forests are under pressure and going through rapid changes. However, current inventorying and monitoring (IM) programs are often either disjointed, too narrow in their scope and/or do not operate at fine enough temporal resolutions, which may hinder scientific understanding, the timely supply of information, fast decision making, and may result in the sub-optimal use of resources. For these reasons, there is an urgent need for Advanced Forest Inventorying and Monitoring (AIM) programs to (i) achieve expanded relevance (by augmenting data/information across ecosystem properties and trophic levels), (ii) have increased temporal resolution (by tailored data collection frequency), and (iii) make use of technological advances (by incorporating novel tools and technologies). The Advanced Inventorying and Monitoring for Swiss Forests (SwissAIM) initiative was launched in 2020 to address these needs. SwissAIM builds upon the foundation offered by the existing programs (e.g., national forest inventory, long-term forest ecosystem research, biodiversity monitoring). It aims to offer a collaborative and adaptive framework to enable integrated data collection, evaluation, interpretation, analysis, and modeling. Ideally, it will result in a more responsive system with respect to current and predicted biotic/abiotic stressors that will challenge Swiss forests. Developing such a system implies identifying the information needs of different stakeholders (e.g., science, policy, practice), related technical requirements, and governance frameworks. Here, we present (i) the main features of the SwissAIM initiative (vision, scientific questions and variables, governance and engagement), (ii) the main outcomes of the participatory design process (measurements, sampling, and plot design), (iii) the potential transferability of AIM initiatives outside Switzerland (timing, relevance, practicability), and (iv) the key messages that emerged (i.e., need for advancement, integration and transdisciplinarity, statistical underpinning). Since similar needs related to forest inventorying and monitoring are emerging throughout Europe and elsewhere, the objective of this opinion paper is to share our experience and promote a dialog with those interested in developing AIM initiatives in other countries and regions.

Habitat shift caused by human impact on vegetation structure poses a great threat to species which are specialized on unique habitats. Single layered beech forests, the main foraging habitat of Greater Mouse-eared Bats (Myotis myotis), are threatened by recent changes in forest structure. After this species suffered considerable population losses until the 1970s, their roosts in buildings are strictly protected. However, some populations are still declining. Thus, the spatial identification of suitable foraging habitat would be essential to ensure conservation policy. The aim of this study was (a) to verify the relevance of forest structural variables for the activity of M. myotis and (b) to evaluate the potential of LiDAR (Light Detection and Ranging) in predicting suitable foraging habitat of the species. We systematically sampled bat activity in forests close to 18 maternity roosts in Switzerland and applied a generalized linear mixed model (GLMM) to fit the activity data to forest structure variables recorded in the field and derived from LiDAR. We found that suitable forest foraging habitat is defined by single layered forest, dense canopy, no shrub layer and a free flight space. Most importantly, this key foraging habitat can be well predicted by airborne LiDAR data. This allows for the first time to create nationwide prediction maps of potential foraging habitats of this species to inform conservation management. This method has a special significance for endangered species with large spatial use, whose key resources are hard to identify and widely distributed across the landscape.

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.

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.

Aim: Red wood ants (Formica rufa group) mitigate invertebrate pest outbreaks, alter invertebrate communities, and contribute to nutrient cycling. The IUCN lists these insects as near threatened. We investigated whether disturbances of Red Wood Ant (RWA) forest habitats related to recreation, infrastructure, and forest management were associated with RWA occurrence. We also investigated the habitat associations of this group.
Location: Switzerland.
Methods: We trained random forest models to predict RWA occurrence using data from 6,341 plots distributed throughout Swiss forests. Our explanatory variables included descriptions of vegetation, terrain, climate and human disturbance of the forest. A model trained using all of these variables (Model 1) was compared to another trained using all of these variables except those describing human disturbance (Model 2). We compared the abilities of these models to differentiate between RWA presences and absences using areas under receiver operator curves (AUC). The nature of the associations between the probability of RWA occurrence predicted by Model 1 and the explanatory variables that made the greatest contributions to the AUC of this model were investigated using individual conditional expectation plots.
Results: No significant difference in AUC was detected between Models 1 and 2. RWA occurrence was positively associated with elevation, conifers, canopy gaps, ground cover vegetation and solar insolation while negatively associated with air temperature and a soil wetness index.
Main conclusions: The distribution of RWA within Swiss forests appeared unassociated with the human disturbances we investigated. To conserve RWA in Switzerland, we recommend the conservation of forests with high proportions of conifers, particularly those at high elevations. We also recommend forest management that promotes ground cover vegetation and open canopy structures. The negative associations between RWA occurrence and temperatures raise concerns for the prospects of RWA in the context of predicted climate warming.

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.

Das LFI erhebt Informationen zu physikalischen Belastungen des Waldbodens sowie zu Schäden an Bäumen und Baumbeständen. Im LFI4 wurden auf knapp 1 % der Probeflächen starke Bodenstörungen beobachtet, wobei diese weitgehend in Rückegassen oder Maschinenwegen anzutreffen waren. Der Anteil toter Bäume hat leicht zugenommen und beträgt neu 11 %. Bei den Probebäumen ab 12 cm BHD sind flächige Rindenverletzungen an Stamm und Wurzelanlauf die häufigsten Schäden, im Jungwald ist es  der Verbiss. Seit dem LFI2 hat die Verbissintensität an den ökologisch wichtigen Baumarten Tanne und Eiche schweizweit stark zugenommen und beträgt mittlerweile 21 % beziehungsweise 32 %. Der Anteil geschädigter Waldbestände ist seit dem LFI3 stabil geblieben, die Flächenschäden dagegen haben deutlich abgenommen.

L'IFN collecte des informations sur les atteintes aux sols forestiers ainsi que sur les dégâts aux arbres et aux peuplements. L'IFN4 a recensé moins de 1 % de placettes présentant de graves perturbations du sol, essentiellement sur des layons de débardage ou des pistes à machines. La proportion d'arbres morts est en légère hausse et s'établit maintenant à 11 %. Les dégâts les plus fréquents sur les arbres échantillons à partir de 12 cm de DHP sont des blessures étendues aux troncs et aux empattements racinaires. La jeune forêt est quant à elle le plus souvent concernée par l'abroutissement. Depuis l'IFN2, l'intensité d'abroutissement chez les essences écologiquement importantes que sont le chêne et le sapin a fortement augmenté dans toute la Suisse, atteignant respectivement 32 % et 21 %. La proportion de peuplements endommagés est restée stable depuis l'IFN3, en revanche les dégâts étendus ont nettement baissé.

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.

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.

The field assessment is the most important source of data for the Swiss National Forest Inventory (NFI). In NFI4 the regular terrestrial survey contained 7455 sample plots, of which 6357 were accessible and classified as ‘forest’ or ‘shrub forest’. On each forest or shrub-forest sample plot, around 280 different attributes were assessed. The individual work steps for assessing a sample plot as well as the equipment and tools used, are explained in detail.

In this chapter, we discuss several types of quality assurance (QA) and quality control (QC) measures, which are described for the three main stages in the field survey in sequence. This comprises the process of aerial-image interpretation, which is crucial for ensuring the complete coverage of the Swiss forest in the field sample. We also discuss the QA activities applied during fieldwork, including the training of field teams, the maintenance of the field manual, and several organisational measures to prevent mistakes. Finally we describe the additional surveys conducted to assess the quality (reproducibility) of the field assessments in terms of precision (uncertainty) and accuracy, and summarise the quantitative results of selected attributes from the Swiss National Forest Inventory (NFI)'s repeat survey.

Rote Waldameisen spielen eine wichtige Rolle in unseren Wäldern. Sie wurden deshalb in der Schweiz bereits 1966 – als erste Insektengruppe – unter Schutz gestellt. Da ihr Bestand rückläufig zu sein scheint, ist es wichtig, nicht nur ihre Leistungen für den Wald, sondern auch ihre Ansprüche an ihren Lebensraum besser zu kennen. Im Rahmen der vierten Erhebung 2009–2017 des Schweizerischen Landesforstinventars (LFI4) wurde deshalb erstmals die gesamtschweizerische Verbreitung der Waldameisenarten und ihre Abhängigkeit von den Waldstrukturen systematisch untersucht.