Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Modelling of the carbon accumulation in beech forests based upon inventory data and with regard to the biomass and nutrient export through an intensified harvesting Rainer Joosten

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen General Situation NRW Climate protection through forestry 1. Carbon sequestration 2. Biomass energy Political demands: Forest protection Increase the forest cropping (EU: +160 Mio m³ = > 50%) Issue to quantify: carbon storage maximise the biomass harvest Nutrient export through full tree harvesting

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Situation in North Rhine - Westphalia Area: 34,000 km² 18 Mio People = 527 per km² primary energetic consumption : 4,100 PJ Green energy: <1% (45% coal) CO 2 -emission: 16.8 t per capita 880,000 ha forest 1.1 Mio additional energy wood resources (77% hardwood) = 0.2% of the primary energetic consumption Cologne

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Aim of the study Beech forests are the most important hardwood forests in NRW ( Developing of reliable functions for beech stands Biomass Carbon Main-Nutrients (Ca, Mg, K, P) connecting these functions with the inventory data on tree level Inventory: 1 x 1 km² Tree level variables: DBH, Height Sample plot variables: Altitude, precipitation, temperature NRW: 20 – 800 m above sea level, 550 – 1500 mm, 5° - 10,5° C

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen 116 Sample trees from four growing regions 80 cm 40 cm 40 m 20 m dbhheight

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Predicted and observed ln-transformed functions R² = 0.995; AIC: -86.1R² = 0.996; AIC:

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Error of carbon prediction Relative prediction error: at tree-level: 16 % At plot level < 10 % Whole NRW ( 1500 inentory plots) < 2 % Stock changes (presupposing remeasurement) 1 %

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Comparing with six reference studies (ln C kg) North Germany Predicted (g) Observed (g)

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Comparing with six reference studies Austria (Vienna) South Sweden Predicted (g) Observed (g)

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Comparing with six reference studies North Spain USA Predicted (g) Observed (g)

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Estimation of aboveground Ca and Mg Predicted (g) Observed (g) CaMg d-h-alt-temp(y)d-h-temp(v)

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Estimation of aboveground K and P Predicted (g) Observed (g) KP d-h-alt-temp(y) d-h-preci.

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Estimation of nutrient export realising the allowable yield cut of the FI Merchantable wood (> 7 cm) : Volume: 11,2 m³ ha –1 a -1 Biomass 6,6 Mg ha –1 a -1 Ca: 13,75 kg ha –1 a -1 Mg 2,45 kg ha –1 a -1 K 6,24 kg ha –1 a -1 P 0,60 kg ha –1 a -1 Branches 7 cm Volume: 2,0 m³ ha –1 a -1 Biomass 1,18 Mg ha –1 a % Ca: 5,53 kg ha –1 a % Mg 0,56 kg ha –1 a % K1,49 kg ha –1 a % P0,32 kg ha –1 a %

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Simplified acid-base-balance in beech forests Total deposition (TD) acid K+Ca+Mg weathering Wood 7 cm Wood > 7 cm

Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen Conclusions NFI provide statistically reliable data Connecting tree-level data with biomass functions should be preferred Implementing site specific variables improve the reliability Periodical remeasurement of sample plots decrease the error The application of biomass functions of foreign regions is questionable Depending upon site and climatic conditions Neither renunciation on full tree harvesting nor mechanical barking will balance the nutrient budget for annual depositions Compensation only through fertilisation On fertilised sites harvest restrictions are unnecessary