PhenGenFi

Projektbeschreibung

Gemeine Fichten (Picea abies) entwickeln je nach Höhenlage unterschiedliche Kronenformen und Wachstumsstrategien. Hochlagenfichten im Thüringer Wald – etwa die „Schloßbergfichte“ bei Oberhof – bilden überwiegend schmale Kronen. Diese Architektur erhöht die mechanische Stabilität und reduziert Schneebruchrisiken. Tieflagenfichten zeigen häufig breitere Kronen und abweichende Wachstumsmerkmale (z.B. schnelleres Wachstum).

Bisher beschrieb die Forschung diese Unterschiede vor allem an älteren Bäumen. PhenGenFi untersucht zusätzlich das Jugendstadium. Das Projekt analysiert, ob genetische und äußerlich messbare Merkmale stabile Hochlagenfichten frühzeitig kennzeichnen und so erkennbar sind und so bereits bei Bestandespflege Hochlagen-Typen erhalten und gefördert werden können.

Die Ergebnisse schaffen eine wissenschaftliche Grundlage für die Auswahl geeigneter Herkünfte und stärken den standortangepassten Waldumbau im Thüringer Wald.

Zentrale Zielstellungen

• Identifikation genetischer und phänotypischer Zeigermerkmale stabiler Hochlagenfichten
• Vergleich von Hoch- und Tieflagenfichten im Sämlings- und Erwachsenenstadium
• Entwicklung eines parametrisierbaren 3D-Modells der Kronenarchitektur
• Simulation unterschiedlicher Lastsituationen (Schnee und Wind)
• Anlage einer ex-situ Generhaltungsfläche zur Sicherung genetischer Ressourcen der Hochlagenfichte

Wissenschaftliche Fragestellungen

• Lassen sich Hoch- und Tieflagenfichten bereits im Sämlingsstadium eindeutig unterscheiden?
• Welche architektonischen Merkmale beeinflussen die Stabilität unter Schnee- und Windbelastung?
• Welche Eigenschaften bieten unter verschiedenen Belastungsszenarien konkrete Vorteile?

Merkmale: Phänologie, Wachstum, Krone, Beastung, Nadeln, Stomata, Zapfen, Samen

Relevanz für ThüringenForst und Gesellschaft

PhenGenFi liefert belastbare Daten für die Auswahl standortangepasster Fichtenherkünfte. Das Projekt stärkt die Entwicklung stabiler, strukturreicher Dauerwälder im Thüringer Wald und sichert entsprechende genetische Ressourcen dieser heimischen Fichtenherkunft.

Die Sicherung der Hochlagenfichte erhält genetische Vielfalt und unterstützt die Anpassung an Extremwetterlagen mit Nassschnee. ThüringenForst integriert die Ergebnisse direkt in strategische waldbauliche Entscheidungen und erhöht die langfristige Stabilität von Schutz-, Nutz- und Erholungsfunktionen des Waldes.

Teilvorhaben 2 – Analyse und Simulation der Kronenarchitektur

Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Ökoinformatik, Biometrie und Waldwachstum, Prof. Dr. Winfried Kurth

Die Forschenden vermessen adulte Fichten der Hoch- und Tieflagentypen detailliert. Sie erfassen unter anderem Kronenlänge, Verzweigungsstruktur, Astwinkel und Benadelung. Auf dieser Datengrundlage entwickeln sie ein parametrisierbares 3D-Strukturmodell, welches quantifizierbare Indikatoren zur Unterscheidung der Typen liefert.

Das Team simuliert mehrere Lastszenarien, darunter unterschiedliche Schneelasten und Windbelastungen. Es vergleicht verschiedene Kronentypen systematisch und analysiert, welche strukturellen Eigenschaften unter welchen Belastungsfällen Stabilitätsvorteile zeigen. Die Auswertung quantifiziert die mechanischen Unterschiede zwischen Hoch- und Tieflagentypen.

Teilvorhaben 3 – Feldaufnahmen und Generhaltung

ThüringenForst - AöR, Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum (FFK Gotha), Ingolf Profft

Das Teilvorhaben wählt geeignete Altbestände ab 175 Jahren aus und führt detaillierte phänotypische und phänologische Erhebungen durch. Es identifiziert geeignete Individuen für die langfristige Sicherung der genetischen Information.

Im Forstamt Oberhof, Revier Goldlauter (Abt. 242a1), richtet ThüringenForst eine Generhaltungsfläche ein. Die betriebseigene Forstbaumschule Gottlob König in Breitenworbis zieht die Pflanzen an. Die Pflanzung erfolgt im Herbst 2026.

Ergebnisse

Aus Teilvorhaben 1

Die Analysen zeigen signifikant höhere Keimungsraten bei Tieflagenherkünften als bei Hochlagenherkünften. Auch innerhalb der Hochlagenherkünfte unterscheiden sich die Nachkommenschaften einzelner Samenbäume signifikant.

Messungen der Sämlingshöhe im frühen Entwicklungsstadium bestätigen diese Unterschiede. Die Ergebnisse zeigen signifikante Differenzen sowohl zwischen Hoch- und Tieflagenherkünften als auch zwischen einzelnen Samenbäumen innerhalb der Hochlage.

Die Hochdurchsatz-Phänotypisierung erfasst zusätzlich Unterschiede in mehreren Architekturmerkmalen, darunter Pflanzenhöhe und konvexe Hüllenfläche. Auch Parameter der Chlorophyll-Fluoreszenz wie Quenching und Quantenausbeute unterscheiden sich zwischen den Varianten. Weitere Analysen sollen klären, welche dieser Unterschiede statistisch signifikant sind.

Aus Teilvorhaben 2

Die bisher erhobenen Datensätze liefern eine solide Grundlage für die Modellierung der Baumstruktur. Das Forschungsteam entwickelte eine Analysepipeline zur Parametrisierung eines statischen Strukturmodells adulter Fichten auf Basis von TLS-Punktwolken.

Die Auswertung bestätigt bekannte morphologische Unterschiede zwischen Hoch- und Tieflagenfichten. Die Daten quantifizieren diese Unterschiede erstmals systematisch.

Wissenstransfer

Das Team bereitet zentrale Erkenntnisse für eine breitere Fachöffentlichkeit auf und veröffentlicht seine Ergebnisse in nationalen, internationalen Fachzeitschriften sowie auf wissenschaftlichen Konferenzen.