title: Impacts of long- and short-term climate dynamics on growth responses of important tree species in North Bavaria and the transfer to climate change education
title: Auswirkungen lang- und kurzfristiger Klimadynamiken auf die Wachstumsreaktionen wichtiger Baumarten in Nordbayern und der Transfer zur Klimawandelbildung
Creators: name: Debel, Annette
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: dendroclimatology
subject: dendrometry
subject: microcoring
subject: climate change
subject: Bavaria
subject: climate change communication

description: Despite the longstanding high visibility of global warming in politics, society, and media, misconceptions and insufficient knowledge about the causes and effects of climate change partly persist among the general public. However, an in-depth understanding of complex physical climate processes is essential for effectively counteracting global warming and mitigating its adverse effects. Since the younger generation will be predominantly affected by climate change and simultaneously represents the future decision-makers, climate-change education needs to focus on (high school) students. The project „BayTreeNet -Talking Trees: Schnittstelle von Klimadynamik, Dendroökologie und Bildung für nachhaltige Entwicklung.“ has developed an approach aiming at addressing this educational task. This approach emphasizes and conveys the impacts of changing climate dynamics on local forest ecosystems by combining the scientific fields of physical climatology, dendroecology, and education for sustainable development. Forest ecosystems can serve as indicators of the current effects of climate change and have been seriously threatened in recent years by the increasing occurrence of extreme weather situations such as storms, droughts, and heatwaves. In the study region Bavaria, in southeast Germany, these consequences have become apparent in numerous forest areas, with trees exhibiting signs of significant vitality loss and increased mortality. However, aside from a range of ecological, social, and economic services, forests considerably contribute to climate protection. This indispensable function as a carbon sink underlines the importance of sustaining resilient forest ecosystems and adapting them to future climate conditions. Therefore, gaining a deeper understanding of species-specific growth responses to changing climate dynamics and identifying potential regional variations in tree vitality and growth patterns are pivotal. Hence, the dendroecological investigations within this thesis determine long- and short-term climate-growth relationships, tree vitality, and potential regional variations in growth responses of main tree species in northern Bavaria. Another aspect of this work is climate change education and communication. For this purpose, a case study demonstrates students’ understanding of climate change impacts on forest ecosystems. The resulting conclusions can contribute to developing enhanced education and communication strategies. Climate-growth relationships were assessed for three domestic tree species at three high- and low-elevation sites in northern Bavaria over the past 50 years. Tree responses distinctly changed when comparing the last 25-year period with the preceding 25 years. Although each species at each site showed increased susceptibility to dry periods, partly pronounced site-specific tree responses were observed. Furthermore, intra-annual growth patterns were studied at two high- and low-elevation sites during the climatically contrasting years of 2020 and 2021. Stem circumference changes measured with electronic band dendrometers and biweekly-sampled microcores were analyzed, compared, and linked to prevailing weather conditions. Trees exhibited premature growth reduction and, in some cases, even growth cessation during the hotter and drier year 2020, resulting in narrower tree rings at almost every site. Moreover, correlations with daily irreversible increment indicated the positive influence of high relative humidity on radial tree growth, while tree water deficit increased with decreasing available soil water and increasing vapor pressure deficit. The comparison of the two methods for monitoring intra-annual growth patterns revealed both deficits and strengths of each approach and emphasized the benefits of combining both methods in yielding more robust and reliable results. Based on a one-week example, high school students’ understanding of the relationships between weather and tree responses was examined. The students were tasked with observing and interpreting the physiological reactions of a so-called talking tree to prevailing weather conditions and then translating their observations into simple text messages. The evaluation of these interpretations revealed that while the high school students succeeded in identifying and describing simple relationships between weather and tree responses, they neglected more complex interconnections and causal effects. However, referring to students’ existing level of knowledge and applying illustrative examples (such as talking trees) represents an approach to developing improved educational and teaching methods. The findings obtained from this thesis enable, on the one hand, a regional adaptation of forest management strategies, focusing on particularly vulnerable forest sites and tree species. On the other hand, the novel approach of combining interdisciplinary scientific research and science communication offers an opportunity for a more aimed and adequate education and communication of climate change and its implications.
description: Trotz der seit langem bestehenden politischen, gesellschaftlichen und medialen Aufmerksamkeit der globalen Erderwärmung, bestehen in der breiten Öffentlichkeit teils immer noch falsche Vorstellungen und unzureichendes Wissen über die Ursachen und Auswirkungen des Klimawandels. Ein umfassendes Verständnis der komplexen physikalischen Klimaprozesse ist jedoch elementar, um der globalen Erderwärmung effektiv entgegenzuwirken und ihre negativen Auswirkungen abzuschwächen. Da vor allem die jüngere Generation vom Klimawandel betroffen sein wird und gleichzeitig aber auch die zukünftigen Entscheidungsträger hervorbringt, muss sich die Klimawandelbildung explizit an Schülerinnen und Schüler richten. Der im Projekt „BayTreeNet -Talking Trees: Schnittstelle von Klimadynamik, Dendroökologie und Bildung für nachhaltige Entwicklung.“ entwickelte Ansatz zielt darauf ab, genau diesen Bildungsauftrag umzusetzen. Durch die Kombination der Wissenschaftszweige Klimatologie, Dendroökologie und Bildung für nachhaltige Entwicklung können so die Auswirkungen einer sich ändernden Klimadynamik auf heimische Waldökosysteme verdeutlicht und vermittelt werden. Waldökosysteme können als Indikatoren für die aktuellen Auswirkungen des Klimawandels dienen und sind aufgrund des zunehmenden Auftretens von Extremwetterlagen wie Stürmen, Dürren und Hitzeperioden in den letzten Jahren ernsthaft gefährdet. In der Untersuchungsregion Bayern in Südostdeutschland sind diese Folgen in den letzten Jahren in vielen Waldgebieten in Form eines erheblichen Vitalitätsverlusts und einer vermehrten Sterblichkeit der Bäume deutlich geworden. Waldökosysteme leisten jedoch neben einer Vielfalt an sozioökologischen und ökonomischen Funktionen auch einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz. Diese unverzichtbare Eigenschaft als Kohlenstoffspeicher unterstreicht die Dringlichkeit, widerstandsfähige Waldökosysteme zu erhalten und sie an zukünftige Klimabedingungen anzupassen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, ein tieferes Verständnis der artspezifischen Wachstumsreaktionen auf das sich ändernde Klimageschehen zu erlangen, sowie potentielle regionale Unterschiede in der Vitalität und den Zuwachsmustern heimischer Baumarten zu erkennen. Die dendroökologischen Untersuchungen dieser Arbeit ermitteln deshalb die lang- und kurzfristigen Klima-Wachstumsbeziehungen, die Baumvitalität, sowie mögliche regionale Unterschiede in den Wachstumsreaktionen wichtiger Hauptbaumarten in Nordbayern. Ein weiterer Aspekt der Arbeit ist die Klimawandelbildung und -kommunikation. Zu diesem Zweck wird anhand einer Fallstudie aufgezeigt, welches Verständnis bei Gymnasialschülerinnen und –schülern hinsichtlich der Auswirkungen der Klimadynamik auf Waldökosysteme besteht. Die gewonnenen Erkenntnisse können zur Entwicklung verbesserter Strategien in Bildung und Kommunikation beitragen. Für drei heimische Hauptbaumarten wurden Klima-Wachstumsbeziehungen der letzten 50 Jahre an drei Hoch- und Tieflagenstandorten in Nordbayern untersucht. Dabei konnte eine deutliche Änderung der Baumreaktionen beim Vergleich der letzten 25 Jahre, mit den 25 Jahren davor festgestellt werden. Obwohl jede Art an jedem Standort eine erhöhte Sensibilität gegenüber Trockenperioden zeigte, wurden teils ausgeprägte standortspezifische Baumreaktionen festgestellt. Darüber hinaus wurden an zwei Hoch- und Tieflagen in Nordbayern intraannuelle Wachstumsprozesse in den klimatisch unterschiedlichen Jahren 2020 und 2021 untersucht. Sowohl mit elektronischen Banddendrometern aufgezeichnete Stammumfangsmessungen, als auch die 14-tägig entnommenen Mikrokernproben wurden ausgewertet, miteinander verglichen und mit den vorherrschenden Witterungsbedingungen in Beziehung gesetzt. Die Bäume wiesen eine vorzeitige Wachstumsreduktion, teils sogar einen Wachstumsstopp im heißeren und trockeneren Jahr 2020 auf, was an fast allen Standorten zu schmaleren Jahrringen führte. Außerdem zeigten Korrelationen mit dem täglichen irreversiblen Zuwachs den positiven Einfluss einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit auf das Wachstum, während das Baumwasserdefizit mit abnehmendem verfügbaren Bodenwasser und zunehmendem Dampfdruckdefizit anstieg. Der Vergleich der beiden Methoden zur Beobachtung intraannueller Wachstumsmuster zeigte sowohl Mängel als auch Stärken jedes Ansatzes auf und betonte die Vorteile, die sich aus der Kombination beider Methoden ergeben, da so robustere und zuverlässigere Ergebnisse erzielt werden. Im Rahmen einer einwöchigen Fallstudie wurde das Verständnis von Gymnasialschülerinnen und -schüler im Teenageralter über die Zusammenhänge zwischen Wetter und Baumreaktionen untersucht. Die Schulklassen sollten die physiologischen Reaktionen eines so genannten talking trees auf die vorherrschenden Wetterbedingungen beobachteten und interpretieren und diese anschließend in einfache Sprachnachrichten übersetzen. Die Auswertung dieser Textmitteilungen ergab, dass es den Jugendlichen zwar gelang, einfache Zusammenhänge zwischen dem Wettergeschehen und den Baumreaktionen festzustellen und zu beschreiben, komplexere Zusammenhänge und Kausaleffekte allerdings nicht erfasst wurden. Das Anknüpfen an den vorhandenen Wissensstand von Schülerinnen und Schülern, sowie die Verwendung anschaulicher Beispiele (z.B. talking trees) stellt jedoch einen Ansatz zur Entwicklung verbesserter Lehrstrategien und Unterrichtsmethoden dar. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen einerseits eine regionale Anpassung von Forstbewirtschaftungsstrategien mit Schwerpunkt auf besonders vulnerable Waldgebiete und Baumarten. Andererseits bietet der neuartige Ansatz, der interdisziplinäre Forschung und Wissenschaftskommunikation miteinander verbindet, eine Möglichkeit für eine gezieltere und adäquatere Vermittlung und Kommunikation des Klimawandels und seinen Folgen.