Agrarforschung
Ergänzende ökosystemare Untersuchungen in Bannwäldern:
Die Differenzierung des Stoffhaushalts von Waldökosystemen durch waldbauliche Behandlung auf einem Gneisstandort des Mittleren Schwarzwaldes

Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg, Freiburg i. Breisgau
Abteilung Bodenkunde und Waldernährung
K. v. Wilpert, M. Kohler u. D. Zirlewagen                                                          
1991 - 1994

Problemstellung

Waldökosysteme in Mitteleuropa verändern sich infolge anthropogener Einwirkungen zum Teil mit erheblicher Geschwindigkeit. Die praktische Ökosystemssteuerung über rein forstliches Erfahrungswissen wird dadurch zunehmend unsicher. Nur mit Hilfe von detaillierten Informationen über den aktuellen Ökosystemzustand und seine Veränderung kann eine hinreichend sichere Basis für die Herleitung des notwendigen Steuerungsbedarfs geschaffen werden.

In der Fallstudie Conventwald wird der Stoff- und Wasserhaushalt von Waldökosystemen untersucht, die sich hinsichtlich der Baumartenzusammensetzung und Bestandesstruktur unterscheiden. Damit ist eine Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher waldbaulicher Strategien auf die ökosystemare Stabilität unter sonst gleichen Rahmenbedingungen (Freilanddeposition und Standort) möglich.

Ziel

Aus der Problemstellung lassen sich folgende Untersuchungsziele ableiten:

Erfassung der charakteristischen Stofftransporte in den einzelnen Waldökosystemen unter den aktuellen Depositionsbedingungen. Es sollen die Wirkungen aktueller Depositionseinflüsse und in früheren Depositionsphasen gespeicherter Stoffe (z.B. SO4) auf die funktionalen Eigenschaften von Waldböden geklärt werden.

Depositionsbedingte Stoffausträge vermindern den Bestand an puffernden und für die Waldernährung essentiellen Vorräten von Neutralkationen im Wurzelraum von Waldböden. Dies bedeutet eine Standortsdrift. Die aktuelle Driftrate soll aus den Stoffflußmessungen berechnet und modellhaft formuliert werden. Damit werden vorsichtige Prognosen der zukünftigen Standortsentwicklungen unter der Voraussetzung der mittel- bis langfristigen Fortdauer der heutigen Immissionsbelastungen möglich.

Durch den Vergleich von Baumarten- und Strukturvarianten wird der durch die Wahl des waldbaulichen Verfahrens (Erziehung naturnaher Laubholz- und Mischbestände, kahlschlagfreie Wirtschaft etc.) erzielbare Stabilitätsgewinn bzw. die sich hieraus ergebende Verlangsamung der depositionsbedingten Standortsdrift abgeschätzt. Diese auf Stoffhaushalt und Standortsnachhaltigkeit bezogene "Ökobilanz" kann der betriebswirtschaftlichen Bilanz dieser Verfahren gegenübergestellt werden.

Die Berechnung aktueller und zukünftiger Stoffausträge erlaubt eine Beurteilung des Risikos für die Rohwasserqualität aus vergleichbaren Waldökosystemen.

Untersuchungsmethode

Das Untersuchungsgebiet liegt am Westabfall des Mittleren Schwarzwaldes im Übergangsbereich zwischen submontaner und montaner Höhenstufe (700 - 860 m ü. N.N). Aus dunklen Paragneisen haben sich tiefgründige, mäßig versauerte Braunerden entwickelt. Die atlantische Klimacharakteristik sorgt für eine gleichmäßige Wasserversorgung.

Es werden in Höhenlage, Exposition und Substrat vergleichbare und räumlich nahe beieinander liegende Bestände unterschiedlicher Baumartenzusammensetzung und Bestandesstruktur untersucht. Die in den Vergleich einbezogenen "waldbaulichen Varianten" sind ein 160-jähriger Buchen-Tannen-(Fichten)-Mischbestand, ein 40-jähriges Buchen- und ein ebenso altes Fichten-Stangenholz sowie ein 80-jähriges Fichten-Baumholz. Daneben werden Femellücken im Mischbestand, Naturverjüngungskegel und eine Kleinkahlschlagsfläche getrennt untersucht. Der Mischbestand liegt in einem 9,3 ha großen Wassereinzugsgebiet, so daß für diese Variante ökosystemare Stoffkreisläufe und deren Störungen in ihren Auswirkungen auf die Wasserqualität im Bachwasser direkt erfaßt werden können.

Stoffeinträge werden auf einem Meßturm oberhalb des Kronendaches gemessen, ebenso für Wasserhaushaltsberechnungen notwendige meteorologische Daten. An wichtigen Kompartimentsgrenzen bei der Fließpassage durch das System werden Stoffkonzentrationen und Wasserflüsse erfaßt. Dies ist: 1 m über dem Boden, unter der Humusauflage, im Wurzelraum in 15, 60 und 120 cm Bodentiefe, sowie unterhalb des Wurzelraums in 180 cm Bodentiefe.

Ergebnisse

1) Die Depositionsbelastung ist in den Fichtenvarianten der Conventwaldstudie ähnlich hoch wie in den in Luvlage von Schwarzwald und Odenwald gelegenen Standorten des Depositionsmeßnetzes und liegt im oberen Drittel der durchschnittlichen Belastung im Land Baden-Württemberg. Die Bestandesvarianten zeigen deutliche Unterschiede in der Höhe der Stoffeinträge. Die buchenreichen Varianten weisen mit 0,9 - 1,2 kmol c ha -1 a -1 Gesamtsäurebelastung und 14 - 17 kg ha -1 a -1 Stickstoffbelastung eine um nur 20 - 30 % höhere Depositionsbelastung als auf der Freifläche auf. In den Fichtenvarianten ist die Depositionsbelastung mit Gesamtsäureeinträgen von ca. 1,7 kmol c ha -1 a -1 und Stickstoffeinträgen von ca. 25 kg ha -1 a -1 um 45 - 85 % höher als in den Buchenbeständen. Die Höhe von Wasser- und Stoffeinträgen sowie deren räumliche Verteilung im Bestand hängt stark von der Kronendichte ab. Dies wurde in der Conventwald-Studie durch eine kleinflächig stratifizierte Instrumentierung berücksichtigt. Diese methodische Besonderheit unterscheidet die Studie von den meisten vergleichbaren Untersuchungen.

2) Die chemische Charakterisierung der Bodenfestphase ergab deutlich erkennbare Unterschiede zwischen den untersuchten Bestandesvarianten. Dies ist erstaunlich, da die beiden Stangenhölzer erst vor 40 Jahren nach einem der Mischbestandsvariante vergleichbaren Vorbestand entstanden sind. Im Buchen-Stangenholz liegen die pH H 2 O -Werte um 0,2 - 0,5 pH-Stufen höher als in den anderen Varianten. Die gleiche Tendenz wie beim pH-Wert ist bei der Basensättigung festzustellen. Die Bodenreaktion zeigt an, daß die Säurepufferung in den Böden der Conventwald-Studie vorwiegend durch Austauschreaktionen erfolgt. In diesem Stadium der Versauerungsgeschichte von Waldböden finden besonders dynamische Veränderungen der bodenchemischen Charakteristik statt. Zwischen den Baumartenvarianten konnten markante Unterschiede im Tiefenverlauf der Schwefelvorräte im Boden gefunden werden. Da Schwefel im Ausgangsgestein nur in Spuren vorhanden ist, werden die Unterschiede im Schwefelvorrat auf Depositionseinflüsse zurückgeführt. Der im Boden zwischengespeicherte Depositionsschwefel kann nach dem durch Luftreinhaltungsmaßnahmen erreichten Nachlassen von S-Einträgen noch über längere Zeiträume Belastungen im Sickerwasser auslösen.

3) Die deutlichsten Unterschiede zwischen den Untersuchungsvarianten konnten anhand der Stoffkonzentrationen im Sickerwasser gefunden werden. Die direkt benachbarten Varianten Fichten-Stangenholz und Buchen-Stangenholz weisen hier die größten Differenzen auf. Die höhere Mobilisierungsrate unter Fichte wird vor allem durch die dort um bis zu fünfmal höheren Nitratkonzentrationen verursacht. Diese sind in erster Linie auf die depositionsbedingt höheren Stickstoffeinträge in Fichtenbeständen, aber auch auf das flachere Wurzelwerk und die damit höhere Wahrscheinlichkeit, daß Nitrat der Aufnahme durch Wurzeln (Rückführung in den Bioelementkreislauf) entkommt, zurückzuführen. Aber auch in buchenreichen Beständen sind die Auswirkungen von Depositionen in Form von Entkoppelungsphänomenen im Stoffkreislauf erkennbar. Dies läßt sich insbesondere im Mischbestand und damit an der Einzugsgebietsbilanz des Wassereinzugsgebietes zeigen. Das System ist nahezu stickstoffgesättigt, Stickstoffausträge sind nur wenig niedriger als die Einträge. Bei allen Neutralkationen ist ein massiver Nettoaustrag zu beobachten, was eine erhebliche Versauerungstendenz des Systems anzeigt.

Anhand der Höhe der aktuellen Stoffausträge läßt sich die Standortsdrift unter Annahme der Fortdauer der heutigen Depositionsbedingungen abschätzen. Diese ist unter den Fichtenbeständen so schnell, daß innerhalb von wenigen Jahrzehnten mit dem nahezu vollständigen Verlust des Vorrates an austauschbaren Neutralkationen gerechnet werden muß. Im Mischbestand ist dieser Trend verzögert. Einzige Ausnahme ist das Buchen-Stangenholz, in dem die Standortsveränderungen innerhalb von ein bis zwei Bestandesgenerationen nicht zur Reduktion der Basenvorräte auf einen "eisernen Bestand" führen werden.

Konsequenzen für die Praxis

Die Messungen der ersten Projektphase zeigen, daß auch auf silikatischen Standorten mit guter Basenversorgung aus dem Ausgangsgestein und auch unter laubholzreichen Beständen die depositionsbedingte Reduktion des austauschbaren Basenvorrates in wenigen Jahrzehnten zu einem weitgehenden Verlust standortstypischer Regelfunktionen des Bodens führen kann. Die bodenchemische Charakteristik wird auf niedrigem Niveau nivelliert. Es ist zu prüfen, ob der drohende Verlust von Standortspotentialen gerade auf diesen "besseren Substraten" durch gezielte, vergleichsweise schwach dosierte Kalkungsmaßnahmen in Verbindung mit einer waldbaulichen Umsteuerung in Richtung Laubholz aufgehalten werden kann. Anhand der für Nadelholzbestände repräsentativen Rasterinventur des chemischen Bodenzustandes (BZE) und anhand zusätzlicher Erhebungen dieser Art in Laubholzbeständen ist zu klären, mit welchem Flächenumfang im Land Baden-Württemberg vergleichbare standörtliche Bedingungen wie im Conventwald herrschen. Auf dieser Basis erscheint es möglich, die auf geogen gut basenversorgten Standorten offensichtlich aktuell sehr schnellen Standortsveränderungen aufhalten zu können. Dies ist als ein wichtiger Beitrag zur Erhaltung der natürlichen Standortsdiversität zu sehen.

Literatur: Mitteilungen der Forstl. Versuchs und Forschungsanstalt Ba.-Wü., Heft 197; September 1996

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