PHENIPS plus: Etablierung und Weiterentwicklung des Entwicklungs- und Phänologiemodells PHENIPS für die österreichweite Gefährdungsabschätzung von Borkenkäfer-Kalamitäten
Projektleitung
Thomas Kirisits
Forschungseinrichtung
Universität für Bodenkultur - Department für Wald- und Bodenwissenschaften Institut für Forstentomologie, Forstpathologie und Forstschutz
Projektnummer
101557Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Amt der Burgenländischen Landesregierung| Amt der Kärntner Landesregierung| Amt der Niederösterreichischen Landesregierung| Amt der Oberösterreichischen Landesregierung| Amt der Salzburger Landesregierung| Amt der Steiermärkischen Landesregierung| Amt der Tiroler Landesregierung| Amt der Vorarlberger Landesregierung| Amt der Wiener Landesregierung| Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Kooperationsplattform Forst Holz Papier (FHP)
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
Borkenkäfer, Buchdrucker, Fichte, Befallsgefährdung, Gefährdungsabschätzung, Klimawandel, Monitoring, Online-Monitoring, Digitalisierung
Titel (englisch)
Establishment and further enhancement of the developmental model PHENIPS for hazard assessment of bark beetle outbreaks in Austria
Abstract (englisch)
Based on the model PHENIPS (= PHENology of IPS typographus), the nationwide dynamic modelling of the spatiotemporal phenology and development of the spruce bark beetle, Ips typographus, in Austria is the main goal of this research project. Outbreaks of the spruce bark beetle in recent years in Central Europe have clearly shown that this forest insect endangers the sustainable, multifunctional management of spruce dominated forest ecosystems. The expected increased risks of bark beetle outbreaks due to climate change on the one hand and limited human capabilities and financial resources on the other hand demand for decision support systems and tools for efficient management in forest protection and for current and prospective risk assessments. Knowledge of the phenology and development of the spruce bark beetle is fundamental for the assessment of the risks of infestation. The daily updated spatial modelling of bark beetle development will be based on high-resolution weather data (gridded INCA data) provided by Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) using the model PHENIPS for computing the phenology and development of the bark beetle. Furthermore, a submodule for daily updated assessment of infestation risk induced by drought stress and seasonal rating of bark beetle pressure will be established. Due to rising temperatures along with climate change, drought induced weakening of spruce trees becomes more important as a trigger of bark beetle infestations, especially at lower elevations. The further development of the model PHENIPS, the extension of the functionality of the online presentation of modelling results, and the compilation of preventive as well as curative management options with implemented guidance of the user, will lead to a comprehensive nationwide bark beetle information system. This web tool will integrate diverse aspects of bark beetle biology, ecology and population dynamics (insect phenology and development, susceptibility of spruce to bark beetle infestation, and bark beetle pressure) into a joint platform, which provides essential information for risk assessment, decision making and management.
Projektziele
Die österreichweite räumlich-zeitlich dynamische Darstellung der Borkenkäferentwicklung auf Basis des Modells PHENIPS ist das Hauptziel. Die in Zukunft zu erwartende weitere Zunahme der Problematik von Buchdruckermassenvermehrungen in Folge der Klimaänderung einerseits und die Ressourcen- und Personalknappheit andererseits verlangen nach Entscheidungshilfen und Werkzeugen zur Risikoabschätzung, für den effizienten Umgang mit Borkenkäferkalamitäten, für die akute Problembewältigung sowie für die Prognose zukünftiger Gefährdungsmomente. Die Kenntnis der Phänologie und Entwicklung des Buchdruckers (Schwärmzeiten, Befallsbeginn, Brutentwicklung, potentielle Anzahl an Generationen/Jahr) ist eine essentielle Grundlage für die Abschätzung der Befallsgefährdung von Fichtenbeständen.
Grundlage für die flächige, tagesaktuelle Darstellung der Borkenkäferentwicklung sind einerseits die von der ZAMG bereitgestellten (zeitlich wie räumlich) hochaufgelösten regionalisierten Wetterdaten (INCA-Daten) und andererseits das Borkenkäferentwicklungs- und Phänologiemodell PHENIPS, mit dem die weitestgehend temperaturabhängige Entwicklung der Bruten, der Schwärmbeginn und die Flugaktivität, die zeitliche Abfolge von Tochter- und Geschwisterbruten und die Überwinterungsfähigkeit des Buchdruckers berechnet und somit die jährliche Generationszahl und das Vermehrungspotential des Käfers abgeschätzt werden können.
Die tagesaktuelle Online-Modellierung der Entwicklung des Buchdruckers kann als Entscheidungshilfe für die zeitgerechte Aufarbeitung von Schadhölzern nach Schadereignissen, für die fachgerechte Behandlung bereits befallenen Holzes sowie für die rechtzeitige Bereitstellung von Fallen bzw. Fangbäumen verwendet werden. Die retrospektive, laufende und vorausschauende Darstellung der potentiellen Entwicklung des Buchdruckers trägt zu einem besseren Kausalverständnis der Populationsdynamik dieses Rindenbrüters bei und ist damit ein wesentlicher Baustein zur fundierten Abschätzung der Risiken von Buchdruckergradationen und der Befallsgefährdung von Fichtenbeständen.
Die Parametrisierung und Validierung des Modells erfolgt anhand bestehender und neuerer Erkenntnisse zur Entwicklung der Borkenkäfer sowie ergänzender Laboruntersuchungen und Freilandbeobachtungen der Entwicklung in Fangbäumen an ausgewählten Standorten und anhand der Daten des österreichischen Pheromonfallenmonitorings und modellunabhängiger, waldnaher Klimastationen. Für die Berechnung der Phänologie, Schwärmdynamik und Generationsentwicklung wird ein Modellansatz gewählt, der es ermöglicht, die individuelle Variabilität (relative Altersstruktur) in der Populationsentwicklung des Buchdruckers abzubilden. Ergänzend dazu soll ein Submodul zur tagesaktuellen Abschätzung der Befallsdisposition in Folge von Trockenstress und zur saisonalen Beurteilung des Befallsdrucks erstellt werden. Durch den Temperaturanstieg in Folge der Klimaänderung gewinnt Dürre als befallsauslösender Faktor zunehmend an Bedeutung, insbesondere für Fichtenbestände in tieferen Lagen. Die Implementierung von Niederschlagsdaten und die zeitlich räumliche Berechnung und Darstellung von geeigneten Trockenheitsindizes, welche die Gefährdung für Buchdruckerbefall durch Trockenstress abbilden können, stellt eine wertvolle Ergänzung zur zeitlich-räumlichen Darstellung der Entwicklungs- und Befallsdynamik dar. Die Erstellung eines tagesaktuellen Moduls zur räumlich-zeitlichen Darstellung der Befallsgefährdung durch Niederschlagsdefizite und Trockenstress in Kombination mit der tagesaktuellen Borkenkäferentwicklung unter Einbeziehung von Monitoringdaten (Fallenmonitoring des BFW) und Menge und Entwicklung der Vorjahresschäden (insbesondere Sturm- und Schneeschäden, Vorjahresbefallsmengen, Dokumentation der Waldschädigungsfaktoren durch das BFW) soll zur Beurteilung des regionalen Befallsdrucks und der Befallsgefährdungsabschätzung beitragen.
Durch die Weiterentwicklung der Online-Präsentation und Funktionalität von PHENIPS sowie die Erarbeitung eines Maßnahmenkatalogs und durch die Integrierung von Handlungsempfehlungen soll ein umfassendes Borkenkäferinformationsystem geschaffen werden, dass unterschiedliche Aspekte (Phänologie und Entwicklung, Befallsdisposition und Befallsdruck) in einer gemeinsamen Plattform darstellt, die letztlich essentielle Informationen zur Gefährdungsabschätzung und Problembewältigung bereitstellt.
Folgende Arbeitspakete werden im Rahmen des Projektes bearbeitet:
Modellierung der Borkenkäferentwicklung (AP1)
• tagesaktuelle Übernahme der INCA-Daten und laufende Berechnung der Entwicklung des Buchdruckers flächendeckend für Österreich und Darstellung von kurzfristigen/saisonalen Vorhersagen
• tägliche Bereitstellung der stationsbezogenen und flächigen Modellergebnisse mittels Web-Map-Service
• Verbesserung der Funktionalitäten und anwenderorientierte Strukturierung des Internetservice und Erstellung einer Anleitung zur Verwendung des online-Tools
Evaluierung des Borkenkäferentwicklungsmodells (AP2)
• Überprüfung der Präzision des Modells anhand von modellunabhängigen, waldnahen Wetterstationen und gegebenenfalls Anpassung der Eingangsdaten
• Validierung des Entwicklungsmodells anhand der für Österreich verfügbaren Daten des Fallen-Monitorings
• Erhebung und Analyse von detaillierten Entwicklungsdaten des Buchdruckers anhand von Fangbäumen und Messung von Wetterdaten für ausgewählte Standorte
• ergänzende Untersuchungen zur Brutentwicklung, zum Diapause- und Überwinterungsverhalten anhand von Laborexperimenten zur Berechnung der Altersstruktur (relative Anteile an schwärmenden Käfern und einzelner Entwicklungsstadien zu verschiedenen Zeitpunkten)
Implementierung von Trockenheitsindizes und Befallsdruck durch den Buchdrucker (AP3)
• Analyse der Möglichkeiten zu Erstellung eines dynamischen Modells für durch Trockenstress induzierte erhöhte Befallsdisposition basierend auf den INCA-Rasterdaten
• Überprüfung ausgewählter Dürreindizes anhand der Messung von Bodenwasserhaushaltsparametern für ausgewählte Standorte
• Erstellung eines Online-Tools zur räumlich-zeitlichen Darstellung der Befallsdisposition aufgrund von Trockenstress in Kombination mit der tagesaktuellen Borkenkäferentwicklung unter Einbeziehung von Fallendaten und Vorjahresschäden zur Beurteilung des regionalen Befallsdrucks durch den Buchdrucker
• Erarbeitung eines Katalogs für Monitoring und kurative Maßnahmen
• Einbindung der Handlungsempfehlungen in das tagesaktuelle Online-Tool zur für die terminliche Planung von Forstschutzroutinen und Bekämpfungsmaßnahmen
Projektkoordination und Wissenstransfer (AP4)
• Organisatorische Betreuung des Projektes
• Koordinierung und Abhaltung von Workshops
• Erstellung von Zwischen- und Endberichten.
Grundlage für die flächige, tagesaktuelle Darstellung der Borkenkäferentwicklung sind einerseits die von der ZAMG bereitgestellten (zeitlich wie räumlich) hochaufgelösten regionalisierten Wetterdaten (INCA-Daten) und andererseits das Borkenkäferentwicklungs- und Phänologiemodell PHENIPS, mit dem die weitestgehend temperaturabhängige Entwicklung der Bruten, der Schwärmbeginn und die Flugaktivität, die zeitliche Abfolge von Tochter- und Geschwisterbruten und die Überwinterungsfähigkeit des Buchdruckers berechnet und somit die jährliche Generationszahl und das Vermehrungspotential des Käfers abgeschätzt werden können.
Die tagesaktuelle Online-Modellierung der Entwicklung des Buchdruckers kann als Entscheidungshilfe für die zeitgerechte Aufarbeitung von Schadhölzern nach Schadereignissen, für die fachgerechte Behandlung bereits befallenen Holzes sowie für die rechtzeitige Bereitstellung von Fallen bzw. Fangbäumen verwendet werden. Die retrospektive, laufende und vorausschauende Darstellung der potentiellen Entwicklung des Buchdruckers trägt zu einem besseren Kausalverständnis der Populationsdynamik dieses Rindenbrüters bei und ist damit ein wesentlicher Baustein zur fundierten Abschätzung der Risiken von Buchdruckergradationen und der Befallsgefährdung von Fichtenbeständen.
Die Parametrisierung und Validierung des Modells erfolgt anhand bestehender und neuerer Erkenntnisse zur Entwicklung der Borkenkäfer sowie ergänzender Laboruntersuchungen und Freilandbeobachtungen der Entwicklung in Fangbäumen an ausgewählten Standorten und anhand der Daten des österreichischen Pheromonfallenmonitorings und modellunabhängiger, waldnaher Klimastationen. Für die Berechnung der Phänologie, Schwärmdynamik und Generationsentwicklung wird ein Modellansatz gewählt, der es ermöglicht, die individuelle Variabilität (relative Altersstruktur) in der Populationsentwicklung des Buchdruckers abzubilden. Ergänzend dazu soll ein Submodul zur tagesaktuellen Abschätzung der Befallsdisposition in Folge von Trockenstress und zur saisonalen Beurteilung des Befallsdrucks erstellt werden. Durch den Temperaturanstieg in Folge der Klimaänderung gewinnt Dürre als befallsauslösender Faktor zunehmend an Bedeutung, insbesondere für Fichtenbestände in tieferen Lagen. Die Implementierung von Niederschlagsdaten und die zeitlich räumliche Berechnung und Darstellung von geeigneten Trockenheitsindizes, welche die Gefährdung für Buchdruckerbefall durch Trockenstress abbilden können, stellt eine wertvolle Ergänzung zur zeitlich-räumlichen Darstellung der Entwicklungs- und Befallsdynamik dar. Die Erstellung eines tagesaktuellen Moduls zur räumlich-zeitlichen Darstellung der Befallsgefährdung durch Niederschlagsdefizite und Trockenstress in Kombination mit der tagesaktuellen Borkenkäferentwicklung unter Einbeziehung von Monitoringdaten (Fallenmonitoring des BFW) und Menge und Entwicklung der Vorjahresschäden (insbesondere Sturm- und Schneeschäden, Vorjahresbefallsmengen, Dokumentation der Waldschädigungsfaktoren durch das BFW) soll zur Beurteilung des regionalen Befallsdrucks und der Befallsgefährdungsabschätzung beitragen.
Durch die Weiterentwicklung der Online-Präsentation und Funktionalität von PHENIPS sowie die Erarbeitung eines Maßnahmenkatalogs und durch die Integrierung von Handlungsempfehlungen soll ein umfassendes Borkenkäferinformationsystem geschaffen werden, dass unterschiedliche Aspekte (Phänologie und Entwicklung, Befallsdisposition und Befallsdruck) in einer gemeinsamen Plattform darstellt, die letztlich essentielle Informationen zur Gefährdungsabschätzung und Problembewältigung bereitstellt.
Folgende Arbeitspakete werden im Rahmen des Projektes bearbeitet:
Modellierung der Borkenkäferentwicklung (AP1)
• tagesaktuelle Übernahme der INCA-Daten und laufende Berechnung der Entwicklung des Buchdruckers flächendeckend für Österreich und Darstellung von kurzfristigen/saisonalen Vorhersagen
• tägliche Bereitstellung der stationsbezogenen und flächigen Modellergebnisse mittels Web-Map-Service
• Verbesserung der Funktionalitäten und anwenderorientierte Strukturierung des Internetservice und Erstellung einer Anleitung zur Verwendung des online-Tools
Evaluierung des Borkenkäferentwicklungsmodells (AP2)
• Überprüfung der Präzision des Modells anhand von modellunabhängigen, waldnahen Wetterstationen und gegebenenfalls Anpassung der Eingangsdaten
• Validierung des Entwicklungsmodells anhand der für Österreich verfügbaren Daten des Fallen-Monitorings
• Erhebung und Analyse von detaillierten Entwicklungsdaten des Buchdruckers anhand von Fangbäumen und Messung von Wetterdaten für ausgewählte Standorte
• ergänzende Untersuchungen zur Brutentwicklung, zum Diapause- und Überwinterungsverhalten anhand von Laborexperimenten zur Berechnung der Altersstruktur (relative Anteile an schwärmenden Käfern und einzelner Entwicklungsstadien zu verschiedenen Zeitpunkten)
Implementierung von Trockenheitsindizes und Befallsdruck durch den Buchdrucker (AP3)
• Analyse der Möglichkeiten zu Erstellung eines dynamischen Modells für durch Trockenstress induzierte erhöhte Befallsdisposition basierend auf den INCA-Rasterdaten
• Überprüfung ausgewählter Dürreindizes anhand der Messung von Bodenwasserhaushaltsparametern für ausgewählte Standorte
• Erstellung eines Online-Tools zur räumlich-zeitlichen Darstellung der Befallsdisposition aufgrund von Trockenstress in Kombination mit der tagesaktuellen Borkenkäferentwicklung unter Einbeziehung von Fallendaten und Vorjahresschäden zur Beurteilung des regionalen Befallsdrucks durch den Buchdrucker
• Erarbeitung eines Katalogs für Monitoring und kurative Maßnahmen
• Einbindung der Handlungsempfehlungen in das tagesaktuelle Online-Tool zur für die terminliche Planung von Forstschutzroutinen und Bekämpfungsmaßnahmen
Projektkoordination und Wissenstransfer (AP4)
• Organisatorische Betreuung des Projektes
• Koordinierung und Abhaltung von Workshops
• Erstellung von Zwischen- und Endberichten.
Praxisrelevanz
Der Buchdrucker ist seit den 1990er-Jahren der bedeutendste biotische Schädigungsfaktor in Österreichs Wäldern. Die letzten Jahre haben verdeutlicht, dass Borkenkäferkalamitäten die nachhaltige, multifunktionale Waldbewirtschaftung fichtenreicher Waldökosysteme stark gefährden. Die Online-Tools zum Monitoring der Phänologie und Entwicklung des Buchdruckers und zur Risikoabschätzung von Borkenkäferbefall, die in diesem Projekt weiterentwickelt und verbessert werden sollen, werden einen wichtigen Beitrag zum integrierten Borkenkäfermanagement in ganz Österreich leisten. In den drei Bundesländern (Oberösterreich, Salzburg und Tirol), in denen PHENIPS bereits umgesetzt ist, wurden uneingeschränkt positive Erfahrungen mit diesem Phänologie- und Entwicklungsmodell gemacht. Das und die positiven Stellungnahmen zu dem hier eingereichten Projekt PHENIPS plus bei der Landesforstdirektor*innen-Konferenz am 23. und 24. April 2020 unterstreichen die Wichtigkeit und hohe praktische Relevanz dieses Forschungsvorhabens.