Forstliches Umweltmonitoring. Waldschadensentwicklung in der Region Berlin und Brandenburg. Forst

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1 Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz Forst Forstliches Umweltmonitoring Waldschadensentwicklung in der Region Berlin und Brandenburg

2 Forstliches Umweltmonitoring Waldschadensentwicklung in der Region Berlin und Brandenburg 1

3 Der Waldzustandsbericht 2004 ist im Internet unter folgenden Adressen abrufbar: Herausgeber: Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg und Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin Fachlich zuständig: Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz, Abteilung Forst, Referat 42, Martina Heinitz Tel.: / , Fax: / , Martina.Heinitz@MLUV.Brandenburg.de Landesforstanstalt Eberswalde, Dr. Reinhard Kallweit Tel.: / , Reinhard.Kallweit@lfe-e.eberswalde.de Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin Christoph Funk Tel.: 0 30 / , Christoph.Funk@senstadt.verwalt-berlin.de Herstellung: Auflage: hendrik Bäßler verlag berlin Expl. Potsdam und Berlin, im November 2004 Titelbild: Ungewöhnlich spätes und kümmerliches Austreiben der Eichen im Mai 2004, Foto: Paul Heydeck 2

4 Wald im Wandel Ohne den Einfluss des Menschen wäre unsere Region fast vollständig von Wäldern bedeckt. Heute sind Waldflächen auf 35 % des Territoriums erhalten. Trotz ihrer fast vollständigen Umgestaltung zu bewirtschafteten Forstökosystemen wird in ihre natürlichen Prozesse in der über 100-jährigen Phase des Wachstums der Bäume nur in relativ geringer Intensität eingegriffen. Der Wald scheint beständig, ist aber doch ständig im Wandel. Das Klima hat einen dominierenden Einfluss auf die Vegetationsentwicklung. Die Wälder veränderten sich nach dem Ende der letzten Eiszeit entsprechend den klimatischen Bedingungen ständig, sowohl was ihre Artenzusammensetzung als auch ihre Verbreitungsgrenzen betrifft. Mit der industriellen Revolution und der Intensivierung der Landwirtschaft wurden im vergangenen Jahrhundert große Mengen an Nähr- und Schadstoffen in die Wälder eingetragen, die den Bodenzustand und die Stoff- kreisläufe in den Waldökosystemen nachhaltig beeinflussen. Die forstliche Nutzung der Wälder war im vergangenen Jahrhundert immer wieder gesellschaftlichen Zwängen unterworfen, die dem vermehrten Aufbau standortgerechter Laubund Mischwälder entgegenstanden. Im Ergebnis dessen dominieren in den Wäldern Brandenburgs noch Kiefernforsten auch auf Standorten, die Buchen- oder Eichenwälder tragen könnten. In der Summe sind die Waldökosysteme in den letzten Jahrzehnten sehr weitreichenden Umweltveränderungen in sehr kurzer Zeit ausgesetzt. Prognosen über die Entwicklung von Waldökosystemen können auf Grund der hohen Dynamik sowohl der Fremdstoffbelastung in den letzten Jahrzehnten als auch der Klimabedingungen mit forstlichem Erfahrungswissen allein nicht erstellt werden. Die Beobachtung der Waldzustandsentwicklung ist deshalb eine Voraussetzung zur Sicherung der nachhaltigen Waldbewirtschaftung. Beobachtungsprogramm Als Reaktion auf die zunehmenden Waldschäden wurde 1986 ein europaweites Beobachtungsprogramm, das forstliche Umweltmonitoring, mit einheitlichen Methoden eingerichtet. Um ein ausreichend differenziertes Bild vom Zustand des Waldes und seiner Beziehungen zur Umwelt zu gewinnen, wurde ein mehrstufiges, aufeinander abgestimmtes Untersuchungsprogramm unterschiedlicher Intensitätsebenen (Level) entwickelt. Zu den Aufgaben des Level I-Programms gehören die jährliche Kronenansprache der Waldschadenserhebung (WSE) und die bisher einmalig durchgeführte Bodenzustandserhebung (BZE), die im Zeitraum wiederholt wird und mit einer Inventur der Ernährungssituation der Waldbäume verknüpft ist. In der Intensitätsstufe Level II werden an repräsentativ ausgewählten Versuchsflächen Komponenten des Energie- und Stoffhaushalts und biologische Systemreaktionen der 3

5 Intensitätsstufen des Forstlichen Umweltmonitoring Stichprobenraster Intensitätsstufe Level I Level II wesentliche Indikatoren Ausgewählte Flächen Waldschadenserhebung (WSE) Witterung Kronenzustand Immission Bodenzustandserhebung (BZE) Deposition bodenchemischer Zustand Bodenzustand Nadel-/Blatt-Analysen Kronenzustand Chemie der Bodenlösung Streufall Biomarker Baumvitalität Forstschutzkontrolle Nadel-/Blattanalysen Waldwachstum Bodenvegetation Genetik der Bäume Aufnahme- WSE: jährlich In Abhängigkeit vom untersuchten turnus BZE: Jahre Parameter periodisch bis kontinuierlich Zielsetzung Aktuelle Zustandsbeschreibung Lokalisierung von Schadschwerpunkten Erfassung von Entwicklungstendenzen Erkennen von Ursache-Wirkungs- Beziehungen Identifizierung ökosystemarer Schlüsselprozesse und Veränderungstendenzen Lage der Level II-Flächen in Berlin und Brandenburg Ökosystemausschnitte an Schlüsselparametern kontinuierlich beobachtet. In der Zusammenschau der periodischen Erhebungsergebnisse und der Beobachtung der Entwicklungsprozesse der Systemglieder Baumbestand, Bodenvegetation, Bodenzustand und Stoffaustrag unter gemessenen Umweltbedingungen sind Einschätzungen der Belastung und Belastbarkeit der Waldökosysteme sicherer und schneller möglich. Die Ergebnisse sind Entscheidungshilfen für die Umweltpolitik und die Bewirtschaftung des Waldes. Auf der Intensitätsstufe Level II werden in Brandenburg 6 Kiefernbestände ( ) im Rahmen des EU-Programms sowie zusätzlich ein Buchen- (1207) und ein Eichenbestand (1208) beobachtet. Im Land Berlin sind ein Kiefernjungbestand (1102) und ein Kiefern-Eichen-Altbestand (1101) im Grunewald und ein Kiefernbestand in Köpenick in das Level II-Programm einbezogen. 4

6 Methodik der Waldschadenserhebung Die Waldschäden werden in einem Stichprobenverfahren erhoben, das flächenbezogene Aussagen über den Waldzustand liefert. Die Stichprobenpunkte werden durch die Schnittpunkte eines systematischen geografischen Gitternetzes bestimmt. An jedem auf Wald fallenden Gitternetzschnittpunkt wurden permanente Kontrollstichproben im so genannten Kreuztrakt eingerichtet, mit 4 im Abstand von 25 Meter nach den Haupthimmelsrichtungen orientierten 6-Baum- Satellitenstichproben. Die Gitterweite beträgt in Berlin 2 Kilometer und in Brandenburg wenigstens 8 Kilometer. Der Kronenzustand jedes einzelnen Probenbaumes wird durch eine visuelle Schätzung a) der Kronenverlichtung,relativer Nadelbzw. Blattverlust im Vergleich zu einem voll belaubten Referenzbaum in 5-%-Stufen und b) des Grades der Vergilbung der Nadeln bzw. Blätter in Stufen erhoben. Schadstufe Stichprobenpunkt der Waldschadenserhebung im Kreuztrakt mit 4 x 6 Bäumen Lage der WSE-Stichprobenpunkte in der Region und Schadstufen im Jahr 2004 Beispiel für Bilderserien zur Kronenschätzung: Eichen mit differenzierter Kronenverlichtung (links: 5 %, Mitte: 25 %, rechts: 60 %) 5

7 Um ein zeitlich konstantes Niveau der Bewertung zu sichern, finden jährlich im Vorfeld der Erhebungsperiode Schulungen statt und stehen für die Hauptbaumarten Bilderserien typischer Verlichtungsgrade zur Verfügung. Zur Ergebnisdarstellung werden die Erhebungen der Kronenverlichtung zu Schadstu- fen zusammengefasst. Treten an einem Probenbaum mittlere oder starke Vergilbungen auf, wird die Schadstufe zur kombinierten Schadstufe erhöht. Die Schadstufen 2 bis 4 werden zusammengefasst als deutliche Schäden bezeichnet. Definition der Schadstufen Schadstufen Kronenverlichtung 0 ohne Schadmerkmale bis 10 % 1 schwach geschädigt % 2 mittelstark geschädigt % 3 stark geschädigt über 60 % 4 abgestorben 100 % Waldschadensentwicklung in der Region Von 1991 bis 1999 hat sich der Kronenzustand der Waldbäume erheblich verbessert. Danach nehmen die Kronenverlichtungen wieder zu. Der Kronenzustand der Wälder weist sowohl regional als auch eine nach Baumarten und Alter differenzierte Entwicklung auf. Der Kronenzustand der Kiefern hat sich gegenüber dem Beginn der Erhebungen sehr stark verbessert, weist aber seit 2000 wieder eine steigende Tendenz der Verlichtung auf. Die Laubbaumarten zeigen dagegen in der Zeitreihe seit 1991 keine Zustandsverbesserung. Die Eichen weisen seit 1991 einen relativ konstant schlechten Belaubungszustand auf, im Jahr 2004 wurde ein extrem schlechter Kronenzustand erfasst. Schadstufenentwicklung in Prozent Entwicklung der mittleren Kronenverlichtung nach Baumartengruppen in der Region

8 Berlin und Brandenburg Die dichtbesiedelte Großstadt Berlin und das ländliche Brandenburg unterscheiden sich durch den Grad der Bebauung und Versiegelung der Flächen und die Emissionsdichte von Luftschadstoffen erheblich in den klimatischen Bedingungen. Als Großstadt ist Berlin trotz relativ hoher Anteile von Grün- und Wasserflächen eine Wärmeinsel mit typischer Ausprägung eines Stadtklimas. Damit sind Auswirkungen von Klimaerwärmung und Schadstoffbelastung auf den Wald besonders und zuerst im stadtnahen Bereich zu erwarten. Während in Brandenburg im Einklang mit der Reduzierung der Belastung durch Luftschadstoffe bis 1998 eine kontinuierliche Verbesserung des Waldzustandes festgestellt wurde, blieb in Berlin ein labiler Waldzustand bestehen. Es wurden hier vor allem nach Trockenjahren (1992, 1999, 2003) erhöhte Kronenschäden erfasst. Seit 1999 steigen die Waldschäden in beiden Ländern tendenziell wieder an. Während dieser Anstieg in Brandenburg bisher mit 5 % moderat verlief, ist er in Berlin mit 28 % erheblich. Neben den Stadtklimaeffekten spielt für die unterschiedliche Reaktionsintensität auch die Baumartenzusam-mensetzung eine Rolle. So sind die Flächenanteile der Eichen in den Berliner Wäldern deutlich höher als gegenwärtig noch in Brandenburg. Die Eichen sind in beiden Ländern am stärksten geschädigt. Auch für sie zeigt sich eine besonders starke Reaktion im Land Berlin Entwicklung der Schadstufenanteile für alle Baumarten im Land Berlin (links) und im Land Brandenburg Entwicklung der Schadstufenanteile für die Baumart Eiche im Land Berlin (links) und im Land Brandenburg 7

9 Entwicklung der Flächenanteile deutlicher Schäden (2 4) für Laub- und Nadelbaumarten in der Region auf Witterungsstress infolge der Trockenjahre 1992, 1999 und Im Jahr 1996 war in Brandenburg ein starker Befall von blattfressenden Raupen die Ursache der erhöhten Kronenverlichtung. Die unterschiedlichen Tendenzen der Entwicklung des Kronenzustandes von Laub- und Nadelbäumen in der Gesamtregion weisen auf eine erhöhte Empfindlichkeit der Laubbäume gegenüber aktuellen Umweltbedingungen hin. Im Komplex der möglichen Ursachen spielt Witterungs-Stress durch Temperatur- und Niederschlagsanomalien eine bedeutende Rolle. Daneben sind Luftschadstoffe direkt (Ozon) und indirekt (Stickstoffeinträge) noch immer wirksam. Die durch jahrzehntelange Einträge in den Waldböden gespeicherten Schad- aber auch Nährstoffmengen führen zu Veränderungen im Bodenzustand. Der einseitigen Düngung mit Stickstoff steht ein verstärkter Säureaustrag aus den Böden gegenüber, der zu Verlusten der Nährstoffe Kalzium und Magnesium führt. Wetter und Klima Von den Wachstumsfaktoren Klima und Boden werden Wärme, Licht und Wasser vom Witterungsverlauf geprägt. In der ohnehin klimatisch trockenen Region Berlin-Brandenburg spielt die Wasserverfügbarkeit in der Vegetationsperiode eine bedeutende Rolle als limitierender Faktor des Baumwachstums. Bei reduzierter Wasserverfügbarkeit im Boden wird die Verdunstung der Pflanzen durch Schließen der Spaltöffnungen der Blätter eingeschränkt. Damit wird aber auch der für die Photosynthese notwendige Gasaustausch unterbunden. Aus der Gegenüberstellung der sich nach den meteorologischen Bedingungen ergebenden potenziellen Evapotranspiration (= Summe der Verdunstung von Wasser aus der Vegetation und von der Bodenoberfläche) und der durch geringe Bodenfeuchte einge- schränkten tatsächlichen Evapotranspiration für die hinsichtlich der Niederschläge extremen Jahre 2002 (warm feucht) und 2003 (warm trocken) wird die im Jahr 2003 besonders starke Einschränkung der tatsächlichen Verdunstung ersichtlich. Für die sechs Kiefernbestände der Level II-Flächen Brandenburgs zeigt sich eine klare Beziehung von jährlichem Dickenwachstum zum Trockenstress. Entsprechend war auch das Dickenwachstum der Kiefern im Jahr 2003 gegenüber den Vorjahren reduziert. Über Jahrringuntersuchungen wurde durch die Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Eberswalde der längerfristige Zuwachsverlauf an den Level II-Flächen analysiert. Es zeigte sich an der Mehrzahl der Flächen ein seit Jahrzehnten andauerndes be 8

10 Vergleich der täglichen tatsächlichen und potenziellen Evapotranspiration in Abhängigkeit vom Bodenwasservorrat für die Jahre 2002 und 2003 an der Level II-Fläche 1202 (Beerenbusch) Verlauf des Dickenwachstums (Jahrringbreiten) an der Level II-Fläche 1202 Beerenbusch. Beschleunigte Zuwachsentwicklung bis zum Jahr 1975; Trendbruch infolge des Trockenjahres 1976 schleunigtes Wachstum, das vor allem auf die Stickstoff-Eutrophierung zurück geführt wird. Die erhöhte Nährstoffverfügbarkeit verursacht einen entsprechenden Mehrbedarf an Wasser, wodurch die Trockestress-Empfindlichkeit der Forstökosysteme steigt. An der Beispielfläche 1202 war das extreme Trockenjahr 1976 Auslöser eines Trendbruchs im Wachstumsverlauf der Kiefern. Die Witterungsbedingungen im Jahr 2003 waren denen im Jahr 1976 ähnlich. 9

11 Es ist entsprechend mit längerfristigen Auswirkungen solcher Witterungsextreme zu rechnen. Die Entwicklungstendenzen von Temperatur und Niederschlag sowie die Häufung besonders trockener Jahre in den letzten drei Jahrzehnten lassen für die kommenden Jahre eine Zunahme von Trockenstress-Situationen für die Wälder erwarten. Die Forstwirtschaft muss das vermehrte Risiko von extremen Witterungssituationen in den Bewirtschaftungsmaßnahmen berücksichtigen. Boden- und Ernährungszustand In Brandenburg wurde 1986/89 ein Basisnetz zur ökologischen Waldzustandskontrolle eingerichtet, in dem bereits zwei Wiederholungsaufnahmen zur Bodenzustandsentwicklung vorliegen. Neben der Analyse des chemischen Bodenzustandes und der Entwicklung der Bodenvegetation werden an diesen Flächen auch Kronenzustand, Ernährungszustand und Wachstum der Bestände beobachtet. Als Haupttendenzen der Bodenzustandsentwicklung wurden festgestellt: Die Stickstoffzustände haben sich unter dem Einfluss der lokal differenzierten Einträge auf einem ziemlich hohen bis hohen Niveau eingestellt. Die noch in den 60er und 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts durch die Standorterkundung erfassten Zustandsdegradationen treten kaum mehr in Erscheinung. Der Optimalzustand des Stickstoffs für Kiefernbestände wird in allen Standortgruppen, gehäuft jedoch auf kräftigen Standorten überschritten. Unter Laubholz- und Mischbeständen ergeben sich deutlich günstigere, dem Leistungspotenzial der Stamm-Nährkraft angepasstere Stickstoffzustände. Im oberen Mineralboden (bis cm) Rückgang der Basensättigung der Humusauflagen unter Kiefer von der Periode zur Periode

12 Entwicklung der mittleren Ernährungsstufen der Kiefern im ÖWK-Basisnetz für die Hauptnährelemente Anteil von Probeflächen mit suboptimaler Ernährung an Kalzium, Kalium und Magnesium der grundwasserfernen Standorte ist eine Zustandsnivellierung auf einem niedrigen teilweise bereits sehr niedrigen Niveau der Basensättigung und ph-werte eingetreten. Auch bei den Basenzuständen der Humusauflagen tritt als Grundtendenz eine Nivellierung der standörtlichen Unterschiede auf einem ziemlich niedrigen Niveau auf. In Anbetracht der vorherrschenden Bodenzustandsentwicklung (Stickstoffeinträge und Aufspeicherung bis zur Stickstoffsättigung, gleichzeitig Entbasungstendenzen im Mineralboden) ist es erforderlich, den Stickstoffkreislauf in forstlich günstige Bahnen zu lenken. Das geschieht durch die Förderung und bei geeigneten Standorten das Einbringen von stickstoffbindenden, schattenspendenden, die Humusqualität und das Bestandesklima verbessernden Laubbaumarten in Nadelholzbestände. An 119 Kiefernbeständen der ökologischen Waldzustandskontrolle in Brandenburg wurde im Winter 2003 die vierte Inventur des Ernäh- rungszustandes durchgeführt. Damit kann für diese relativ gleichmäßig im Land verteilten Flächen eine Grundtendenz der Entwicklung des Ernährungszustandes der Kiefer in Brandenburg abgeleitet werden. Die in der ersten Aufnahmeperiode erfasste extreme Überernährung der Kiefern mit Stickstoff war 2003 weiter leicht rückläufig. Die Schwefel- und Bleibelastung ist auch 2003 weiter zurück gegangen. Die umweltpolitischen Maßnahmen zur Senkung der Immissionsbelastung von Schwefeldioxid und des Einsatzes bleifreien Benzins wirken sich in einer spürbaren Entlastung auch im Wald aus. Die kontinuierliche Abnahme der Versorgung mit Kalzium und Kalium sowie der anhaltend geringe Versorgungszustand mit Magnesium bereitet dagegen Sorge. Der Anteil von Probeflächen mit nach Nadelanalysen suboptimaler Ernährung mit Kalzium, Kalium und Magnesium hat stetig zugenommen. Diese Tendenz stimmt mit der des Bodenzu 11

13 standswandels überein, d. h. der andauernden Versauerung des oberen Mineralbodens mit entsprechenden Verlusten basischer Nährstoffe. Level II Stoffbilanzierung und Prozessbeobachtung Der Schwerpunkt der Level II-Beobachtungen ist auf die Bilanzierung der Stoffflüsse der ausgewählten Forstökosysteme ausgerichtet. Für die Periode 1997 bis 2000 wurde eine erste Bilanz der Elementvorräte in Boden, Bestand und Bodenvegetation und der Elementflüsse zwischen den Teilen des Ökosystems sowie die Bilanz von Stoffeintrag und Austrag erstellt. Im Ergebnis der Bilanz zeigte sich an allen beobachteten Kiefernflächen eine anhaltende Akkumulation von Stickstoff und an den Flächen 1202 bis 1206 eine negative Bilanz für Kalzium, Kalium und Magnesium. An der Fläche 1201 ist bereits eine Erschöpfung der Basenvorräte des Bodens eingetreten. Stoffbilanz = Eintrag minus (Festlegung im Holzzuwachs plus Stoffaustrag mit dem Sickerwasser) an den Level II-Flächen Brandenburgs ( ) 12

14 Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg Referat Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Heinrich-Mann-Allee Potsdam Telefon: (03 31) und Fax: (03 31) pressestelle@mluv.brandenburg.de Internet: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin Sonderbereich Kommunikation Württembergische Straße Berlin Telefon: (0 30) Fax: (0 30) öffentlichkeitsarbeit@senstadt.verwalt-berlin.de Internet: