Baum für Baum: Wie wir Wälder simulieren

Wenn ein Unternehmen ein Klimaschutzprojekt von Pina unterstützt, steckt dahinter eine Frage, die sich nicht einfach schätzen lässt: Wie entwickelt sich dieser Wald in den nächsten Jahrzehnten? Die Antwort liefert eine Simulation, die weit über eine grobe Hochrechnung hinausgeht. Dieser Artikel erklärt in einfachen Worten, wie sie funktioniert – ganz ohne Vorwissen in Forstwirtschaft oder Informatik.

Ein digitaler Zwilling des Waldes – Baum für Baum

Viele Wachstumsprognosen im Forstwesen rechnen mit Durchschnittswerten pro Hektar. Sie behandeln einen Wald also so, als stünde überall derselbe „Durchschnittsbaum“. Im echten Wald ist das anders: Jeder Baum hat Nachbarn, und die bestimmen mit, wie gut er wächst. Ein Baum, der eng von anderen umstellt ist, bekommt weniger Licht und Platz für seine Krone und wächst deshalb langsamer als ein freistehender Baum derselben Art und Größe.

Genau diesen Effekt bildet Pinas Simulation ab. Sie erfasst jeden einzelnen Baum mit seiner Position, Höhe, seinem Stammdurchmesser, seiner Krone und seiner Art. Und sie berechnet, wie nah und wie groß seine Nachbarn sind. Fachlich heißt das einzelbaum- und abstandsabhängiges Wachstumsmodell. Es baut auf TreeGrOSS auf, einem anerkannten Modell der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt (NW-FVA). So entsteht ein virtueller Wald, in dem jeder Baum auf Basis seiner tatsächlichen Nachbarschaft wächst.

Ein Wald wird dabei nicht als Ganzes betrachtet, sondern in sogenannte Bestände aufgeteilt. Ein Bestand ist ein Waldstück, das in sich ziemlich einheitlich ist, etwa mit ähnlichen Baumarten, ähnlichem Alter und ähnlichem Boden. Deshalb wird er gemeinsam geplant und bewirtschaftet. Ein Waldgebiet besteht meist aus vielen solchen Beständen, und die Simulation rechnet jeden einzeln.

Womit rechnet die Simulation? Die Datengrundlage

Eine Simulation ist nur so gut wie ihre Daten. Pina nutzt drei Quellen:

• Die Waldinventur. Für jeden Bestand sind Baumart, Alter, Fläche, Wuchskraft des Standorts (Bonität), Holzvorrat sowie durchschnittliche Höhe und Durchmesser erfasst. Daraus erzeugt Pina einen virtuellen Wald mit einzelnen Bäumen, die zu den gemessenen Werten passen. Jede Simulation startet von diesem unveränderten Ausgangszustand.
• Regionale Referenzdaten. Die Wuchsregion (ein Gebiet mit ähnlichen Wuchsbedingungen) und Ertragstafeln legen fest, wie eine Baumart in dieser Region typischerweise wächst.
• Klimadaten. Für jede Region liegt eine Klimareihe vor, Jahr für Jahr bis 2100: Temperatur, Niederschlag und Wasserbilanz. Sie bestimmt das Klimarisiko, also wie wahrscheinlich Bäume durch Hitze oder Trockenheit absterben. So fließt das Klima in die Prognose ein, auch für die kommenden Jahrzehnte.

Schritt für Schritt: So wächst der simulierte Wald

Die Simulation rechnet in Schritten von meist fünf Jahren. In jedem Schritt passiert in jedem Bestand Folgendes:

• Sterblichkeit: Einige Bäume sterben ab, etwa durch Konkurrenz, Alter oder Klimarisiken.
• Konkurrenz: Für jeden Baum wird berechnet, wie stark seine Krone von Nachbarbäumen bedrängt wird. Ein freistehender Baum hat wenig Konkurrenz, ein eingekeilter Baum viel.
• Wachstum: Jeder Baum legt an Höhe und Durchmesser zu. Wie stark, hängt von Art, Standort und genau dieser Konkurrenz ab. Bedrängte Bäume wachsen langsamer.
• Kronenentwicklung: Die Baumkronen werden aktualisiert. Sie bestimmen, wie viel Konkurrenz es im nächsten Schritt gibt.
• Verjüngung: Wo Licht durch Lücken im Kronendach fällt, wachsen junge Bäume von selbst nach. Schattentolerante Arten wie Buche oder Tanne schaffen das auch unter dichtem Kronendach, Lichtbaumarten wie Eiche oder Kiefer brauchen eine Lichtung.

Waldpflege in der Simulation: Durchforstung, Ernte, Pflanzung

Neben dem natürlichen Wachstum bildet die Simulation auch ab, was Förster:innen aktiv tun. In der Regel alle fünf Jahre greift sie ein:

• Ernte: Reife Bäume, die ihre Zieldicke erreicht haben, werden entnommen. Die Zieldicke ist die Dicke, ab der eine Baumart als erntereif gilt.
• Durchforstung: Zusätzlich zur Ernte werden einzelne Bäume entnommen, damit die übrigen mehr Platz und Licht bekommen. Die Simulation kann das auf zwei Arten tun. Entweder werden die schwächsten Bäume entfernt, damit die kräftigsten besser wachsen. Oder es werden gezielt besonders vielversprechende „Zukunftsbäume“ ausgewählt und ihre stärksten Konkurrenten entnommen. Das zweite Verfahren heißt Auslesedurchforstung und ist in der modernen deutschen Forstpraxis üblich.
• Pflanzung: Wenn nach der Ernte Lücken im Wald entstehen und nicht genug junge Bäume von selbst nachwachsen, pflanzt die Simulation neue Bäume der gewünschten Art. Das geht so lange, bis die Fläche wieder dicht genug mit Bäumen bewachsen ist.

Für diese Eingriffe gelten klare Grenzen. In der Regel wird nie mehr entnommen, als ein Bestand nachhaltig hergibt (siehe nächster Abschnitt). Habitatbäume werden nie gefällt. Das sind meist alte Bäume mit Höhlen, Rissen oder Totholz, die vielen Tieren wie Spechten, Fledermäusen oder seltenen Käfern als Lebensraum dienen. Und bei der Ernte einzelner Bäume bleibt das Kronendach so dicht, dass der Wald stabil bleibt und sich verjüngen kann.

Das Zielbild: der Waldentwicklungstyp (WET)

Jeder Bestand bekommt in der Simulation ein Zielbild: eine gewünschte Mischung von Baumarten, zum Beispiel ein Buchen-Mischwald mit Tanne, Bergahorn und einem kleineren Anteil Fichte. Dieses Konzept stammt aus der deutschen Forstplanung und heißt Waldentwicklungstyp, kurz WET. Es wird für jeden Bestand festgelegt und beschreibt, welcher Wald langfristig an diesem Standort entstehen soll, etwa ein klimastabiler Mischwald statt einer Fichten-Monokultur. 

Pflanzung und Verjüngung richten sich nach diesem Ziel. Gepflanzt werden gezielt die Arten, die gegenüber dem Ziel noch fehlen. Bei der natürlichen Verjüngung lässt man zunächst den Zufall wirken. Hat eine Art ihren Zielanteil erreicht, wachsen von ihr keine weiteren jungen Bäume mehr nach. So bewegt sich der simulierte Wald Schritt für Schritt auf sein Zielbild zu, statt sich selbst überlassen zu bleiben.

Wie viel Holz darf entnommen werden? Das Gerhardt-Verfahren

Damit ein Wald langfristig als CO₂-Speicher erhalten bleibt, soll nicht mehr entnommen werden, als nachwächst. Wie viel das ist, berechnet die Simulation für jeden Bestand einzeln, mit einem klassischen forstlichen Verfahren, dem Gerhardt-Verfahren.

Dazu lässt die Simulation den Bestand probeweise ein Stück in die Zukunft wachsen, ganz ohne Eingriff. So sieht man, wie viel er tatsächlich zuwächst. Zusätzlich wird verglichen, ob der Bestand mehr oder weniger Holz trägt, als für seinen Standort und sein Alter üblich wäre. Trägt er weniger, darf weniger geerntet werden, damit er sich aufbauen kann. Trägt er mehr, darf etwas mehr entnommen werden.

Dieser Ausgleich passiert aber nicht auf einen Schlag, sondern verteilt über 40 Jahre. Ein Beispiel: Fehlen einem Bestand 40 m³ Holz pro Hektar, wird die Ernte nicht einmalig um 40 m³ gekürzt, sondern jedes Jahr um etwa 1 m³. So bleibt die Bewirtschaftung gleichmäßig und planbar.

Das Ergebnis ist eine Obergrenze pro Bestand und Zeitraum, die die Ernte in der Regel nicht überschreiten darf. Weil sich Alter, Holzvorrat und Wachstum eines Waldes über die Jahrzehnte verändern, wird diese Obergrenze alle fünf Jahre neu berechnet.

Warum man den Ergebnissen vertrauen kann

Was hat das mit CO₂-Zertifikaten zu tun? Die Simulation zeigt, wie sich der Wald und damit sein CO₂-Speicher entwickelt. Darauf bauen die Zertifikate auf. Deshalb zählt nicht nur, dass ein Wald wahrscheinlich wachsen wird, sondern dass jede einzelne Zahl dahinter nachvollziehbar und wiederholbar ist. Zwei Eigenschaften der Simulation sichern das:

• Reproduzierbarkeit: Jede Simulation startet mit einem Zufallswert („Seed“). Zufall steckt in der Simulation, weil etwa das Absterben einzelner Bäume und die natürliche Verjüngung teils vom Zufall abhängen. Mit denselben Eingangsdaten und demselben Seed entsteht exakt derselbe Wald, Baum für Baum und Schritt für Schritt. Ein Ergebnis lässt sich also jederzeit nachrechnen und prüfen.
• Wissenschaftliche Basis: Das Wachstumsmodell folgt anerkannten, in Deutschland etablierten forstwissenschaftlichen Verfahren, unter anderem TreeGrOSS der NW-FVA und klassischen Ertragstafeln.

Das Ziel dieser Sorgfalt: Wer sich auf ein Pina-Projekt verlässt, verlässt sich auf eine nachvollziehbare Berechnung, nicht auf eine Schätzung.