Bodenschutzkalkung Ein Zwischenruf aus der Schweiz oder Was passiert, wenn nichts passiert

Transkript

1 Bodenschutzkalkung Ein Zwischenruf aus der Schweiz oder Was passiert, wenn nichts passiert Sabine Braun Institut für Angewandte Pflanzenbiolgie Schönenbuch

2 Gliederung Ausmass und Trends der Einträge von Stickstoff und Schwefel in der Schweiz Ausmass und Entwicklung von Bodenversauerung und Eutrophierung Wirkung von Bodenversauerung und Eutrophierung auf Bäume und Wälder

3 Eintragssituation

4 Entwicklung der Gesamtdeposition von versauernden Luftschadstoffen in der Schweiz keq ha-1 a Schwefel Stickstoff Jahr Quellen: EKL 2005, EMEP 2007, NABEL 2008

5 Versauernde Depositionen Schweiz Säure-eq/Jahr S ox N red N Bemerkungen: 1 mol S = 2 eq; 1 mol ox N = 1 eq; 1 mol red N = 1 eq Quelle: EMEP 1/2008

6 Vergleich von Silikatverwitterung und Deposition Silikatverwitterungsraten einiger Böden auf typischen Ausgangsgesteinen, 1 m Bodentiefe (nach Ulrich, 1997) Ausgangsgestein Silikatverwitterungsrate (kmol c * ha -1 * Jahr -1 ) Basalt 1,7 Gneis 1,0 1,4 Gabbro 1,5 Granit 0,7 Tonschiefer 0,4 Mittl. Buntsandstein 0,2 0,4 Löß 0,3 Grauwacke 0,2 Sandstein 0,1 Depositionsraten (kmol c * ha -1 ) in 2007 in Wälder der Schweiz (nach Meteotest 2010) Schwefel Stickstoff 0,30 1,71 2,01 kmol c pro ha Wald

7 Modellierte Stickstoffdeposition in der Schweiz Meteotest 2010

8 Interkantonales Walddauerbeobachtungsprogramm

9 Interkantonales Walddauerbeobachtungsprogramm Dauerbeobachtung: Nachweis schleichender Veränderungen Experimentelle und epidemiologische Untersuchungen über die Auswirkung von erhöhten Stickstoffbelastungen erhöhten Ozonbelastungen Klimaveränderung Ursachenabklärung festgestellter Veränderungen (z.b. P- Mangel, Wachstumsrückgang) Mithilfe bei der Evaluation kritischer Belastungsgrenzen (Critical Loads, Critical Levels) für Waldökosysteme im Rahmen der UN/ECE(Working Group on Effects) Sicherung der Nachhaltigkeit forstlicher Standortnutzung

10 Bodenversauerung

11 Basensättigung im Boden: Analysenresultate 2005/11 Mittelwert 0-40 cm Basensättigung (%) Häufigkeit <_15 7.8% > % > % >60 kalkfrei 14.6% Kalk 45.3 Mittelwert 2005 Mittelwert 1996 Differenz Anzahl Mittelwert p-wert 0.004

12 LC BO GB FR AL BR BB RI AI AU AW BU MO OL WA RU ZO RAF DI HA WI WG HI MU ZB ZV ZBB BA LU LUB BRA SA Flächen mit Bodenlösungsmessung Basensättigung MUU PR <15% >15-40% >40% OS SW

13 Entwicklung des Verhältnisses zwischen basischen Kationen und Aluminium cm >30-70 cm >70 cm 1 signifikante Zunahme 19 signifikante Abnahmen (n=33) 2 signifikante Zunahmen 8 signifikante Abnahmen (n=23) 2 signifikante Zunahmen 7 signifikante Abnahmen (n=33) Aarwangen Aeschau Aeschi Bachtel Buchen Bachtel Fichten Bonfol Braunau Breitenbach Brislach Buchen Brislach Fichten Busswil Diessenhofen Frienisberg Grenchenberg Habsburg Hinwil Le Châtelard Lurengo N-V Möhlin Muri Sturmfläche Muri Fichten Oberschrot Olsberg Pratteln Rünenberg Rafz Fichten Riehen Wengernalp Winterthur Zofingen Zugerberg HG Zugerberg N-V Zugerb VG Aeschau Aeschi Allschwil Bachtel Buchen Bachtel Fichten Braunau Brislach Buchen Brislach Fichten Diessenhofen Frienisberg Grenchenberg Le Châtelard Lurengo Möhlin Muri Sturmfläche Muri Fichten Muttenz Oberschrot Olsberg Sagno Wengernalp Zugerberg HG Zugerb N-V Aarwangen Aeschau Aeschi Bachtel Buchen Bachtel Fichten Bonfol Braunau Breitenbach Brislach Buchen Brislach Fichten Busswil Diessenhofen Frienisberg Grenchenberg Habsburg Hinwil Le Châtelard Lurengo N-V Möhlin Muri Sturmfläche Muri Fichten Oberschrot Olsberg Pratteln Rünenberg Rafz Fichten Riehen Wengernalp Winterthur Zofingen Zugerberg HG Zugerberg N-V Zugerb VG jährliche Veränderung des BC/Al-Verhältnisses seit 2003 (logarithmisch)

14 Entwicklung des Verhältnisses zwischen basischen Kationen und Aluminium in verschiedenen Böden BC/Al-Verhältnis Basensättigung _ <15% Basensättigung >15-40% Basensättigung >40% Jahr Jahr Jahr 5 7 Tiefe (cm) >70

15 Rolle von Stickstoff bei der Bodenversauerung Oxidierter Stickstoff (NOx) wirkt direkt sauer. Die Umwandlung von Ammonium in Nitrat durch Bodenmikroorganismen (Nitrifikation) setzt Säure frei. Nitrat, das den Boden nach unten verlässt, nimmt aus Gründen der Elektroneutralität Kationen mit.

16 40 N-Auswaschung pro Hektar und Jahr ( , 40 Flächen) Grenzwerte UNECE Anzahl Werte kg N kmol

17 Anzahl Werte N-Auswaschung pro Hektar und Jahr ( , 40 Flächen) Ausgangsgestein Silikatverwitterungsrate (kmol c * ha -1 * Jahr -1 ) Basalt 1,7 Gneis 1,0 1,4 Gabbro 1,5 Granit 0,7 Tonschiefer 0,4 Mittl. Buntsandstein 0,2 0,4 Löß 0,3 Grauwacke 0, Sandstein 0,1 kg N kmol

18 Verhältnis zwischen basischen Kationen und Aluminium im Bodenwasser eines Stickstoff-Düngungsversuchs (Zugerberg) Behandlung mit Ammoniumnitrat seit 1992 BC/Al-Verhältnis Jahr N-Belastung kg N ha -1 a

19 Verhältnis zwischen basischen Kationen und Aluminium im Bodenwasser eines Stickstoff-Düngungsversuchs (Zugerberg) Verhältnis BC/Al anorg NO 3 -N (mg l -1 ) Al anorg (mg l -1 ) Jahr Jahr N-Belastung (kg N ha -1 a -1 ) Jahr

20 Wurzelsystem einer Fichte auf unversauertem Waldboden Puhe 1994 BS 64%

21 Wurzelsysteme gleichaltriger Fichten auf unversauertem (oben) und versauertem (unten) Waldboden Puhe 1994 BS 64% BS 5.2%

22 Durchwurzelungstiefe in Bodenprofilen von 128 Walddauerbeobachtungsflächen in Abhängigkeit von der Basensättigung

23 Durchwurzelungstiefe in Bodenprofilen von 128 Walddauerbeobachtungsflächen in Abhängigkeit von der Basensättigung und der Vernässung

24 Windwurf in Beobachtungsflächen durch Lothar

25 Entwicklung Nährstoffe: der Nährstoffversorgung Situation und Entwicklung

26 Entwicklung der Nährstoffversorgung bei Buchen und Fichten in Schweizer Dauerbeobachtungsflächen Phosphor (mg g-1 TS) Fichten p<0.001 Buchen p< Jahr Magnesium (mg g -1 TS) Kalium (mg g-1 TS) Anzahl Flächen: 82 (konstant ab 1987) Fichten p<0.001 Buchen p< Jahr

27 Zuwachs der Bestandesgrundfläche 51 Flächen mit Beobachtung seit 1984 (Buchen, Fichten, Buchen/Fichten gemischt) Zuwachs der Bestandesgrundfl äche (m2 ha-1 a-1) Jahr

28 Bestandeswachstum von 51 Buchen- und Fichtenbeständen Parameter coef SE p-value (Intercept) log age Eta/Etp N Deposition N Deposition * time <.0001

29 Entwicklung der Beziehung zwischen dem Grundflächenzuwachs und der N-Deposition Beziehung Grundflächenzuwachs zur N-Deposition (Regressionskoeffizient) (log m -2 ha -1 a -1 )/(kg N ha -1 a -1 ) Jahr Balken=Standardfehler

30 Bestandeswachstum von 51 Buchen- und Fichtenbeständen Parameter coef SE p-value (Intercept) log age Eta/Etp N Deposition N Deposition * time <.0001 Parameter coef SE p-value (Intercept) log age Eta/Etp P in leaves (normalized) P in leaves * time <.0001

31 Entwicklung der Beziehung zwischen dem Grundflächenzuwachs und der P-Versorgung Beziehung Grundflächenzuwachs zur P-Konzentration (Regressionskoeffizient) (log m -2 ha -1 a -1 )/(Pnormiert ) Jahr Balken=Standardfehler

32 Stickstoff und Trockenheit wirken zusammen: Mortalität von Fichten durch Borkenkäfer Mortalität durch Borkenkäfer (%/Jahr) Mortalität durch Borkenkäfer (%/Jahr) kg N ha a-1 30 kg N ha a-1 20 kg N ha a-1 10 kg N ha a Logistische Regression für Mortalität (function glmer in R, library lme4) Flächen x Jahre= 1057 Anzahl Beobachtungen: Bark beetle mortality coef. p-value (Intercept) K ( 2.8, >2.8) N deposition N deposition * drought Verhältnis zwischen aktueller und potentieller Evapotranspiration

33 Zusammenfassung Die Bodenversauerung ist in den letzten 15 Jahren fortgeschritten. Hauptverursacher ist der Eintrag von Stickstoff, vor allem aus der Landwirtschaft. Auf versauerten Böden war der Windwurf erhöht. Die Versorgung der Waldbäume mit Phosphor hat stark abgenommen. Der Stammzuwachs hat seit der Jahrtausendwende abgenommen. Die anfängliche Beziehung zwischen Stammzuwachs und Stickstoffdeposition ist einer Beziehung mit Phosphor gewichen.

34 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!! Dank geht auch an: Kantonsforstämter der Kantone AG, BE, BL, BS, FR, SO, TG, ZH und ZG sowie das Bundesamt für Umwelt (BAFU)