Scientific registration n : 2037 Symposium n : 26 Presentation : poster. ADAM Kirsten, STAHR Karl

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1 Scientific registration n : 2037 Symposium n : 26 Presentation : poster Einflußfaktoren auf den CO 2 -Efflux aus Grünlandund Waldböden in SW- Deutschland Facteurs contrôlant la libération du CO 2 des prairies et sols forestiers dans le sud-ouest de l'allemagne Factors Controlling the Release of Carbon Dioxide from Grassland and Forest Soils in Southwest Germany ADAM Kirsten, STAHR Karl Institute for Soil Science and Land Evaluation, Universität Hohenheim, Emil-Wolff-Str. 27, D Stuttgart-Germany Abstract: In the "Westallgäuer Hügelland" in southern Germany, soil carbon turnover is being monitored simultaneously on 11 sites since September Eight sites are located on grassland plots and include a gradient of management intensity, while three were established in spruce forests of different age. Annual soil respiration rates vary between 1,7-4,8 kg CO 2 m -2 a -1 (Nov Nov. 1997). Intensive used grassland plots are producing higher (factor 2-3) annual soil respiration rates than spruce forest plots. First results suggest a predictable pattern of carbon dioxide efflux with reference to hierarchically structured factors of influence. First of all land use (grassland/forest) determines the amount of carbon dioxide release. In the second place water budget affects the soil respiration. Land use intensity has no influence on the amount of carbon dioxide release. Zusammenfassung: Im Westallgäuer Hügelland (SW-Deutschland) wird seit September 1996 an 11 repräsentativen Standorten der Kohlenstoffumsatz untersucht. Acht Untersuchungstandorte unterliegen der Grünlandnutzung mit unterschiedlichen Nutzungsintensitäten und auf drei Standorten wird Fichtenforst in Monokultur betrieben mit unterschiedlichem Bestandesalter. Die jährlichen Effluxraten variieren an den 11 Standorten zwischen 1,7 bis 4,8 kg CO 2 m -2 a -1 (Nov Nov. 1997). Intensiv genutzte Grünlandstandorte erzeugen 2-3 mal mehr CO 2 als die Waldstandorte. Erste Ergebnisse weisen daraufhin, daß die Einflußfaktoren auf den CO 2 -Efflux einer Hierarchie unterliegen: Die Höhe der CO 2 -Effluxraten wird an erster Stelle von der Nutzungsform (Wald/Grünland) bestimmt. An zweiter Stelle beeinflußt der Wasserhaushalt die Raten. Die Nutzungsintensität hat nur geringen Einfluß auf die Bodenatmung. 1

2 Einleitung Die Böden des Westallgäuer HügeIlands verfügen über hohe Kohlenstoffvorräte. Es stellt sich die Frage, wie diese Böden auf veränderte Klimabedingungen reagieren. In dieser Untersuchung sind die CO 2 -Emissionen auf Landschaftsebene von Interesse. In Abhängigkeit von Nutzung und Standortfaktoren weisen Böden unterschiedliche CO 2 - Effluxraten auf. Diese werden betrachtet und einer ersten Interpretation unterzogen. Objekte und Methode An 11 repräsentativen Standorten des württembergischen Allgäus wird der CO 2 -Efflux mit der modifizierten Lundegardh-Methode (KLEBER et al., 1994 ) bestimmt. Die Messung erfolgt pro Standort mit 10 Wiederholungen. Die ausgewählten Böden der Untersuchungsstandorte sind typische Vertreter der Bodengesellschaft der Jungmoränenlandschaft. Mit einem Flächenanteil von 23% sind Moorstandorte weit verbreitet. 70% der Landschaft unterliegt der Grünlandnutzung und 30% wird von Wald eingenommen, wobei Fichtenforst dominiert. Im langjährigen Mittel beträgt die Jahresdurchschnittstemperatur 6,5 C und die Niederschläge schwanken zwischen mm. Folgende Tabelle zeigt eine Übersicht der Standorte. Um regionalklimatische Effekte auszuschließen, wurde ein Teil der Standorte in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander gewählt. Tab. 1: List of research sites for CO 2 -emission in the Allgäu Übersicht der Untersuchungsstandorte der CO 2 -Effluxmessung im Allgäu Standort Bodentyp FAO Nutzung Lage/Exposition OHG Kolluvisol Cumulic Anthrosol Grünland-intensiv verebnete Hanglage/SW HFV Kolluvisol Cumulic Anthrosol Grünland-intensiv Unterhang/NW AGI Braunerde Eutric Cambisol Grünland-intensiv Kuppe/W AGE Braunerde Eutric Cambisol Grünland-extensiv Kuppe/NW AGA Auengley Mollic Fluvisol Grünland-extensiv Senke; Aue AGF Naßgley Mollic Fluvisol Grünland-extensiv Senke; Altarm WNI Niedermoor Folic Histosol Grünland-intensiv Senke/- WNE Niedermoor Fibric Histosol Grünland-extensiv Senke/- SSW Niedermoor Terric Histosol Fichtenforst (ca. 30 Jahre) Senke/- OWJ Braunerde Eutric Cambisol Fichtenforst (ca. 20 Jahre) Oberhang/E OWA Braunerde Eutric Cambisol Fichtenforst (ca. 80 Jahre) Kuppe/W Ergebnisse Die Messergebnisse (Nov Nov. 97) für 11 Standorte (vgl. Abb. 1) zeigen, daß die CO 2 -Effluxraten der terrestrischen Grünlandstandorte Faktor 2-3 über denen der terrestrischen Waldstandorte liegen. Die frischen und unter intensiver Grünlandnutzung (OHG/HFV/AGI) stehenden Standorte weisen hohe Effluxraten zwischen 4,2-4,8 kg CO 2 m -2 a -1 auf. Die Variationskoeffizienten der wöchentlichen Messungen schanken im Mittel um 10-20%, daher ist das jeweilige 95%-Konfidenzintervall der Mittelwerte zu betrachten (vgl. Tab. 2). Der Vetrauensbereich für den Mittelwert variiert zwischen +/- 220 g CO 2 m -2 a -1 (OWJ) und +/- 840 g CO 2 m -2 a -1 (OHG). 2

3 OHG AGI HFV AGE AGA AGF WNI SSW WNE OWA OWJ Nutzung: Grünland-intensiv Grünland-extensiv / Grassland intensive Fichtenforstmonokultur / Grassland extensive Σ CO 2 -Effluxraten [ g CO 2 m -2 a -1 ] Abb. 1: Comparison of cumulative CO 2 -emission from 11 sites during the period Nov Nov Vergleich der Summen der CO 2 -Effluxraten von 11 Untersuchungsstandorten im Meßzeitraum Nov Nov Tab. 2: Values of confidence 95% of the CO 2 average during the period Nov Nov %-Konfidenzintervall des Mittelwertes im Meßzeitraum Nov Nov.1997 Standort Mittelwert 95%-Konfidenzintevall des Mittelwerts CO 2 g m -2 a -1 OHG /- 836 HFV /- 384 AGI /- 519 AGE /- 444 AGA /- 478 AGF /- 395 WNI /- 391 WNE /-328 SSW /- 335 OWJ /- 221 OWA /- 260 / Spruce forest 3

4 Bodentemperatur [ C] in 5 cm Tiefe y = -0,87 + 0,8 x R 2 = 0,86 n = CO 2 g m -2 d -1 Abb. 2: CO 2 -emissions in relation to temperature at site AGI CO 2 - Effluxraten in Abhängigkeit von der Temperatur am Standort AGI Bodentemperatur [ C ] in 5 cm Tiefe y = 6,1 + 0,86 x R 2 = 0,89 n = CO 2 g m -2 d -1 Abb. 3: CO 2 -emissions in relation to temperature at site WNE CO 2 -Efflux in Abhängigkeit von der Temperatur am Standort WNE Die jährliche Variabilität der terrestrischen (vgl. Abb. 2) und organischen (vgl. Abb. 3) Grünlandstandorte kann zu 80-89% durch eine lineare Beziehung mit der Bodentemperatur (5 cm Tiefe) beschrieben werden. Mit 1,7 kg CO 2 m -2 a -1 weist der junge Fichtenforst (OWJ) die niedrigsten CO 2 -Emissionen von allen Standorten auf. Die Waldstandorte erfahren geringere jährliche Temperaturschwankungen. Die jährlichen Schwankungen der Bodenatmung können nur zu 50% mit dem Bodentemperaturverlauf erklärt werden, so daß andere Faktoren (Feuchte, Qualität der organischen Substanz..) unmittelbar die Quantität des CO 2 -Effluxes bestimmen. 4

5 Die Braunerdenstandorte (AGE/AGI) unter Grünlandnutzung, die verschiedenen Nutzungintensität unterliegen, produzieren ähnlich hohe Effluxraten. Es kann kein Unterschied nachgewiesen werden, der auf die Nutzungsintensität zurückzuführen wäre (vgl. Abb. 4). Die semiterrestrischen Standorte (AGA/AGF) unter Grünland sind reduziert (keine Düngung) bewirtschaftet und zeitweise durch Grundwassereinfluß gehemmt Kohlenstoff zu mineralisieren. Die Standorte auf Niedermoor (WNI/WNE) sind bedingt durch den hochanstehenden Grundwasserspiegel in ihrer CO 2 -Produktion gehemmt. Die Nutzungsintensität mit resultierendem Grundwasserstand beeinflußt unmittelbar die Effluxraten, wobei die Emissionen der feuchten Moorstandorte 40-70% unter denen terrestrischee Grünlandstandorte liegen. AGI g CO 2 m -2 d Y = 0,8 + 1,04 x R 2 = 0,89 EMS = 7,02 n = AGE g CO 2 m -2 d -1 Abb. 4: Comparison of CO 2 - emissions for two Cambisol sites AGE and AGI Verglei ch zwisch en den CO 2 - Emissi onen der Braune rdensta ndorte AGE und AGI Schlußfolgerung: Aussagen über die Fläche bzw. einen größeren Maßstab zu erstellen bedarf einer Generalisierung. Indem dominierende Einflußfaktoren betrachtet werden und die Quantifizierung von Flüssen auf diese reduziert werden. Basierend auf der Interpretation der Meßergebnisse wird die Hypothese aufgestellt, daß der CO2-Efflux aus Böden einer Hierarchie der Einflußfaktoren unterliegt. An erster Stelle bestimmt die Nutzung, die das Kleinklima der Untersuchungsstandorte erzeugt, die Höhe der Effluxrate. An zweiter Stelle beeinflußt der Wasserhaushalt die Raten, wobei hohe Grundwasserstände reduzierend auf die Kohlenstoffmineralisation wirken. Als variabler Einflußfaktor scheint das Bestandsalter des Waldes die Kohlendioxidemissionen zu modifizieren. Literatur: EDWARDS, N.T. (1982): The use of soda lime for measuring respiration rates in terrestrial systems.. Pedobiologica

6 KLEBER, M., et al. (1994): Der Einfluß der Expositionszeit auf die Höhe der Bodenatmung bei Anwendung der Lundegardhmethode. Zt. Pflanzenernähr. Bodenk. 157: KLEBER, M. (1997): Carbon exchange in humid grassland soils. Hohenheimer Bodenkd. Hefte. 41. Hohenheim. 238 S. Mots clés : cycle du carbone, prairie, épicéa, gaz carbonique, libération du carbone, humidité du sol, température du sol Keywords : carbon turnover, grassland, spruce, carbon dioxide, carbon release, soil moisture, soil temperature 6