Waldböden Südwestdeutschlands Ergebnisse der Bodenzustandserhebungen im Wald von und

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1 Peter Hartmann, Hermann Buberl, Heike Puhlmann, Jürgen Schäffer, Gabriele Trefz- Malcher, Dietmar Zirlewagen, Klaus von Wilpert Waldböden Südwestdeutschlands Ergebnisse der Bodenzustandserhebungen im Wald von und

2 Herausgeber: Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg 2016 Verlag Kessel Eifelweg Remagen-Oberwinter Tel.: Fax: Homepage: Bestellungen an den Verlag richten ISBN: ii

3 Autorenanschriften Dr. Peter Hartmann Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg Wonnhaldestr Freiburg im Breisgau Hermann Buberl Geoplan - Büro für Umwelttechnik Oberrieder Straße Freiburg Dr. Heike Puhlmann Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg Wonnhaldestr Freiburg im Breisgau Prof. Dr. Jürgen Schäffer Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg (HFR) Schadenweilerhof Rottenburg a.n. Gabriele Trefz-Malcher Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg Wonnhaldestr Freiburg im Breisgau Dr. Dietmar Zirlewagen Interra - Büro für Umweltmonitoring St.-Peter-Str Kenzingen PD Dr. Klaus von Wilpert Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg Wonnhaldestr Freiburg im Breisgau iii

4 Inhalt 1 EINLEITUNG Ziele Durchführung und Repräsentanz Methodische Schwerpunkte der BZE BZE im Vergleich zu Bodenmessnetzen anderer Ressorts METHODEN Aufnahmeverfahren im Gelände Bodenkundliche Geländeaufnahme Probenahme Laboranalyseverfahren Sonderuntersuchungen Zusatzerhebung Befahrungsschäden Zusatzerhebung Feinwurzeln Zusatzerhebung Multi-Step-Outflow-Versuche (MSO) zur Bestimmung der hydraulischen Bodeneigenschaften Statistische Auswertung und Ergebnisdarstellung ZUSTAND DER WALDBÖDEN Allgemeine Standortbeschreibung Klima Bestockung Feinwurzelverteilungen Ausgangssubstrate Bodenklassen Humusformen Kalkungsmaßnahmen Bodenphysikalische Charakterisierung Textur Steingehalt Trockenrohdichten Schätzwerte der physikalischen Eigenschaften aus der Profilansprache Feinbodenvorräte Physikalische Eigenschaften der Humusauflagen Kennwerte der Wasserbindung und gesättigte Wasserleitfähigkeit Schätzung bodenhydraulischer Funktionen mittels Pedotransferfunktionen PTF Nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum nfkwe (=nwsk WReff) Status der Versauerung und der Nährstoffversorgung Bodenreaktion Austauscherbelegung ix

5 Inhalt Tiefenprofile der Basensättigung :2 - Extrakte und Grundwasserbelastungspotenziale Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte Phosphor- und Schwefelgehalte C/N- und C/P- Verhältnisse Elementvorräte in Humus, Feinboden und Skelett Vorräte an organischem Kohlenstoff Stickstoffvorräte Schwefelvorräte Phosphorvorräte Kurz- und mittelfristige Nährstoffversorgung Mittel- bis langfristige Nährstoffversorgung (königswasserextrahierbare Elementvorräte) Belastung mit Schwermetallen TRENDANALYSEN ZWISCHEN BZE1 UND BZE Veränderungen der Humusauflage Trend der Bodenreaktion Trend der austauschbaren Kationen Austauschkapazität Kationenbelegung Basensättigung Trend der Stoffkonzentrationen im wässrigen 1:2-Extrakt Trend der Stoffvorräte Kurz- bis mittelfristige Nährstoffvorräte Kohlenstoffvorräte Stickstoffvorräte C/N-Verhältnisse Schwefelvorräte Phosphorvorräte Schwermetalle BESTANDESERNÄHRUNG Messnetz der Ernährungsinventur Nährelementgehalte in Nadeln und Blättern Fichte Tanne Buche Zusammenfassende Übersichten zu Nährelementmängeln bei Fichte, Tanne und Buche Zusammenhangsanalysen zwischen Nährelementwerten und Standortseigenschaften Modellgüte x

6 Inhalt Modellergebnisse Fichte Modellergebnisse Buche STRATEGIEANSÄTZE UND ENTWICKLUNG VON PRAXISKONZEPTEN Regionalisierung von Waldbodendaten Regionalisierungsmodelle Regionalisierungsverfahren Stratifizierung Hilfsvariablen Regionalisierung von Bodeneigenschaften Zusammenfassende Bewertung der Regionalisierungsmodelle Abschätzung der durchschnittlichen Bodenlösungszusammensetzung Zielsetzung und Methodenansatz Verwendung von Selektivitätskoeffizienten zwischen Austauscherbelegung und Bodenlösung Direkte Korrektur der 1:2-Extrakte mit Sickerwasserkonzentrationen Schlussfolgerungen Wälder als Kohlenstoffspeicher Ziele und Methodik der Aufnahme der oberirdischen Holzbiomassen Kohlenstoffvorräte im gesamten Ökosystem Wald Regionalisierung der Veränderung des Kohlenstoffvorrats zwischen BZE1 und BZE Zusammenfassung und Fazit Bodenschutzkalkung schützt den Wald und regeneriert Bodenfunktionen Warum sind Waldböden so sauer? Kalkung bringt den Stoffkreislauf ins Gleichgewicht Kalkung belebt Waldböden wieder Kalkung stabilisiert Waldernährung Trinkwasservorsorge durch Kalkung Nutzen und Risiken der regenerationsorientierten Bodenschutzkalkung Herleitung des Kalkungsbedarfs zur Regeneration des natürlichen Bodenzustandes Fazit Waldböden als ökologisch diverse Pflanzenstandorte Reaktionszahl Stickstoffzahl Feuchtezahl Lichtzahl Bodenverformung durch Befahrung Ergebnisse der feldbodenkundlichen Verformungsschadensansprache Räumliche Verteilung der Verformungsschäden Statistische Bewertung der Verformungsschäden Relevanz von Verformungsschäden Schlussfolgerung xi

7 Inhalt 6.7 Zusammenhangsanalyse zwischen Feinwurzel-Tiefenverteilung und Standortseigenschaften Messung und statistische Auswertung Ergebnisse der Zusammenhangsanalysen Regressionsanalysen -Modell Diskussion der Zusammenhänge zwischen Feinwurzeltiefenverteilung und Standortsparameter Fazit Abschätzung und Bewertung von Trockenstress-Szenarien Parametrisierung der Wasserhaushaltsmodelle Ergebnisse der Modellierungen ZUSAMMENFASSUNG WICHTIGER ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNGEN Zustand und Entwicklung der Waldböden im Mittelpunkt des Monitorings Bestandesernährung Waldumbau und Bodenschutzkalkung zeigen Wirkung Schwermetallvorräte nehmen in der Humusauflage ab - Verlagerung in den Oberboden? Kohlenstoffspeicher Wald Stickstoffsättigung ist landesweit hoch, nimmt jedoch ab Befahrungsschäden auf nahezu einem Drittel der Waldfläche Feinwurzelverteilungen als Abbild der Anpassungsstrategie der Bäume Plausible Simulation von Trockenstress und Stauwasser Entwicklung von Umweltvorsorgestrategien auf der Basis von BZE und anderen Monitoringsystemen REGIONALE DARSTELLUNG DER BZE2-ERGEBNISSE Waldbodenregionen Baden-Württembergs Oberrheinisches Tiefland Schwarzwald Odenwald Neckarland Schwäbische Alb Südwestdeutsches Alpenvorland Beschreibung der Leitprofile Allgemeine Informationen zum Standort Profilansprache Chemische und physikalische Parameter Leitprofile LITERATURVERZEICHNIS..321 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS xii

8 3. Zustand der Waldböden 3.3 Status der Versauerung und der Nährstoffgehalte Bodenreaktion Pufferbereiche ph H2O Die Bodenreaktion in der Bodenwasserlösung ist Indiz für den Grad der aktuellen Versauerung des Bodens. In Annäherung an eine Gleichgewichtsbodenlösung (GBL) kann dabei der ph-wert, der sich in einer Boden-Wasser-Suspension ergibt (ph H2O) Auskunft darüber geben, welche Pufferbereiche aktuell vorherrschen. Abbildung 3-21 verdeutlicht die weite Spannbreite der in den Waldböden Baden-Württembergs gemessenen Bodenreaktion. Im Auflagehumus unterscheiden sich die L/L+Of-Lagen deutlich von den Oh-Lagen, sofern vorhanden, welche meist die geringsten ph-werte und somit die höchste Wasserstoffionen- Aktivität im Tiefenverlauf aufweisen. An auflagehumusarmen Standorten (Mull) findet sich das Minimum des ph-wertes i.d.r. im mineralischen Oberboden. Im gesamten Mineralboden zeigen sich eine starke Dominanz des geologischen Ausgangssubstrates und eine starke Tiefenabhängigkeit, da sich im Zuge der Bodengenese die Bodenversauerung unterschiedlicher Ursachen vertikal von der Bodenoberfläche in den Mineralboden hinein fortschreitet. In den Violinplots der mineralischen Bodenmesstiefen zeigt sich eine bimodale Verteilung, die sich mit zunehmender Bodentiefe verstärkt aufteilt. Im humosen Oberboden (0-5 und 5-10 cm) finden sich einige Standorte im Carbonatpufferbereich (Oberrhein, Schwäbische Alb, carbonathaltige Festgesteine des Neckarlands); die dominanten Reaktionsbereiche sind jedoch Silikat-, Austauscher- und Aluminiumpufferung. Vereinzelt treten auf schwach gepufferten bzw. durch die Deposition atmogener Säuren stark verarmten Substraten insbesondere des Nordschwarzwalds ph-werte im Aluminium-Eisen- Pufferbereich auf, welche ab einer Tiefe von cm jedoch nicht mehr vorgefunden wurden. In dieser Tiefe nimmt auch der Anteil der Standorte im Aluminiumpufferbereich ab, es herrschen an immer mehr Standorten Böden mit Austauscher- und Silikat-Pufferreaktionen vor. Vereinzelt treten ph-werte im Aluminiumpufferbereich bis in eine Tiefe von cm auf. Ansonsten weisen die Unterböden auf den carbonathaltigen Substraten der Schwäbischen Alb, der Oberrheinischen Tiefebene, des Neckarlands und teilweise des südwestdeutschen Alpenvorlands eine neutrale bis alkalische Bodenreaktion auf. Insbesondere in beiden letztgenannten Wuchsgebieten finden sich auch viele Standorte mit einer Bodenreaktion im Silikat- bis Austauscher-Pufferbereich Austauschbare Säuren: ph-werte in Salzlösungen (ph KCl und ph CaCl2 ) Neben der Bodenreaktion in Wasser gibt die Reaktion in Salzlösungen (hier in 1M-KCl- und 0.1M CaCl 2-Lösung, vgl. Tabelle 3-12) Auskunft über die austauschbaren, d. h. gespeicherten Säuren, die neben den in der Lösung freien Wasserstoffionen im Boden vorliegen. Dabei stellt der ph KCl-Wert denjenigen ph-wert dar, welcher die maximale Wasserstoffionen- Aktivität abbildet, der ph CaCl2-Wert eine im Vergleich dazu etwas geringere. Wiederum zeigt sich ein ähnliches Verteilungsmuster sowohl im Tiefenverlauf als auch in der regionalen Betrachtung wie bei der Darstellung der ph H2O-Werte, jedoch mit z. T. deutlich reduzierten Werten (Abbildung 3-22). Insbesondere die Oh-Schichten sowie die mineralischen Oberböden des Nordschwarzwaldes weisen die geringsten ph KCl-Werte auf (ph CaCl2 ähnlich, nicht dargestellt). Die höchsten Werte werden in den carbonathaltigen Unterböden der Oberrhei- 44

9 3. Zustand der Waldböden nischen Tiefebene, Schwäbischen Alb und Teilen des Neckarlands und des Südwestdeutschen Alpenvorlands vorgefunden. Aus der Differenz der ph-werte in Wasser und Salzlösung (1M KCl) lässt sich der Vorrat an austauschbar gespeicherten Säuren ableiten. Dabei ist die logarithmische Umrechnung von Wasserstoffionen-Aktivität zu ph-wert zu beachten. Die Differenz der ph-werte stellt somit den Quotienten aus den Konzentrationen dar und sollte in Abhängigkeit vom aktuellen Abbildung 3-21: ph H2O Werte im Tiefenverlauf (Klassifizierung = ph-pufferbereiche nach AK- STANDORTSKARTIERUNG (2003)) und die räumliche Verteilung in Baden-Württemberg in den Tiefen 5-10 cm und cm. Abbildung 3-22: ph KCl Werte im Tiefenverlauf und die räumliche Verteilung in Baden-Württemberg in den Tiefen 5-10 cm und cm. Tabelle 3-12: ph-werte in der Humusauflage und im Mineralboden. Messtiefe / cm ph H2O ph KCl ph CaCl2 Min 25% Med 75% Max Min 25% Med 75% Max Min 25% Med 75% Max N L/L+Of Oh

10 3. Zustand der Waldböden Abbildung 3-23: Zusammenhang zwischen ph KCl und der Differenz aus ph H2O und ph KCl für die Tiefenstufen L/L+Of, Oh, 5-10 cm und cm. ph-wert interpretiert werden, da eine ph-wert Differenz im sauren Bereich einen vielfach höheren Konzentrationsunterschied bedeutet als im neutralen Bereich. Unter Beachtung dieser Umstände lassen sich Unterschiede zwischen den einzelnen Tiefenstufen erkennen (Abbildung 3-23). Während die L/L+Of-Horizonte eine deutlich lineare Zunahme der ph- Differenz erkennen lassen, sind die Zusammenhänge im Mineralboden weniger deutlich ausgeprägt. Zunächst ist zwischen neutralen ph-werten und Werten um ph 4.2 ein Zusammenhang zwischen ph-wert-rückgang und Zunahme der ph-differenz zu erkennen, unterhalb eines ph-wertes von 4.2 liegt ein breit gestreuter Bereich mit z. T. deutlich reduzierten ph-differenzen, d. h. die Fähigkeit, Säuren zu speichern nimmt wieder ab. Dabei unterscheidet sich der mineralische Oberboden (5-10 cm) vom Unterboden (60-90 cm) dadurch, dass der Anteil gespeicherter Säuren im Unterboden teilweise höher liegt. Hier ist davon auszugehen, dass die Pufferung verstärkt an mineralischen Austauschern stattfindet. Im Oberboden hingegen ähneln die Differenzen denen in der Humusauflage, so dass hier von überwiegender Säurebelegung an organischen Oberflächen ausgegangen werden kann Austauscherbelegung Während die Bodenreaktion (ph-werte) nur Aussagen hinsichtlich der Wasserstoffionen- Aktivität in der Bodenlösung zulässt, welche die Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst, kann die tatsächliche Nährstoffbelegung anhand der Austauschkapazitäten quantifiziert werden. Dabei wird die Ladungssumme aus den basisch wirkenden Kationen (Ca 2+, K +, Mg 2+, Na + ), den sauer wirkenden Kationen (Al 3+, Fe 3+, Mn 2+ ) und der Protonenmenge H + bestimmt. Die effektive Austauschkapazität AKe gilt für Böden mit ph H2O < 6.2 bei aktuellem ph-wert, die totale Austauschkapazität AKt für Proben mit einem ph H2O > 6.2 gepuffert auf ph 7. Im Folgenden werden zunächst die Austauschkapazitäten im mineralischen Feinboden dargestellt, darüber hinaus diejenigen der Auflagehumushorizonte und der Skelettfraktion der Größe mm sowie die Zusammenhänge zwischen Austauscherbelegung im Feinboden und in der Skelettfraktion. 46

11 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten 6.3 Wälder als Kohlenstoffspeicher Wälder sind die terrestrischen Ökosysteme mit dem höchsten Kohlenstoffspeichervermögen. Weltweit sind in der Biomasse von Wäldern 86 % des terrestrischen oberirdischen C und ca. 40 % des unterirdischen C in Böden gespeichert (DIXON et al. 1994). Gegenüber dem Kohlenstoffspeicher im Boden, in dem Kohlenstoff vergleichsweise stabil gespeichert wird, ist der Kohlenstoffspeicher im gesamten Ökosystem Wald durch die Bewirtschaftung steuerbar (PISTORIUS 2008). Damit kann mit der Art der Waldbewirtschaftung die Kohlenstoffsequestrierung im Wald effektiv gesteuert werden. PISTORIUS (2008) weist nach, dass in bewirtschafteten Wäldern die Speicherung von Kohlenstoff in Holzprodukten und vor allem die Substitution von auf fossilen Energieträgern basierenden Materialien durch Holz eine um ca. den Faktor 10 höhere Mitigationsleistung im globalen Treibhausgasbudget erbringt als die Kohlenstoffspeicherung in situ im Wald. Die Betrachtung in diesem Kapitel wird jedoch auf die im Wald gemessenen Kohlenstoffpools beschränkt, da hier die in der BZE gemessene Datenbasis beschrieben werden soll Ziele und Methodik der Aufnahme der oberirdischen Holzbiomassen Aus methodischen und organisatorischen Gründen werden die BZE und die Bundeswaldinventur (BWI) in Baden-Württemberg auf getrennten Stichprobennetzen durchgeführt. Daher wurde im Vorlauf der dritten BWI-Aufnahme in Baden-Württemberg an jedem BZE- Rasterpunkt ein Klon eines BWI-Traktes angelegt. Damit wird prinzipiell die Möglichkeit geschaffen, Zusammenhänge zwischen Bodenzustandsgrößen und der Bestockung zu modellieren. Dies eröffnet Optionen, Ergebnisse der BZE mit Hilfe der räumlich wesentlich differenzierter vorliegenden Bundeswaldinventurdaten auf kleinere räumliche Befundeinheiten und waldbauliche Situationen zu übertragen. Es werden Grundlagen für die Modellierung der Waldentwicklung und ihrer Wechselwirkungen mit der Dynamik pedologischer Prozesse im Wald geschaffen. Bei dieser Aufnahme sollten die wesentlichen Kenngrößen der Waldbestände, in denen die BZE-Stichproben liegen, erfasst werden. Für die Bestockungsinventur wird je BZE-Stichprobe ein Inventur-Trakt angelegt, der aus bis zu 4 Stichproben besteht. Von diesen vier Stichproben wird nur eine permanent vermarkt, die übrigen drei sind temporäre Aufnahmen. Die Bestockungsinventur erfasst den Bestand, in welchem die BZE-Profilgrube liegt. Daher muss der gesamte Trakt vollständig im jeweiligen Bestand und der Traktmittelpunkt mit der permanenten Stichprobe im Bereich der Profilgrube der BZE liegen. Im Zuge einer Vorklärung wurde GIS-gestützt im Anhalt an aktuelle Luftbilder die Lage des Traktes bestimmt. Die temporären Aufnahmen wurden auf einem Kreis um den Mittelpunkt der permanenten Stichprobe mit Radius 50 m in Form eines dreistrahligen, gleichseitigen Sterntraktes angelegt. Geringfügige Abweichungen von diesem Schema wurden zur Anpassung an die individuellen Bestandesverhältnisse toleriert. Bei der permanenten Stichprobe wurde der Mittelpunkt mit einem Eisenpflock dauerhaft vermarkt. An allen Stichproben wurde eine qualitative sowie biometrische Charakterisierung des Baumbestandes, an der permanenten Stichprobe zusätzlich eine Totholzaufnahme durchgeführt. Die Erfassung der Bestockung basiert auf dem Kern-Aufnahmeverfahren der BWI, 162

12 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten der Winkelzählprobe (WZP) mit Zählbreite 4 [m² ha -1 ]. In der WZP wurden dieselben Baumattribute erfasst wie bei der BWI mit folgenden Ausnahmen: Stammgüte und Stammschäden, sowie Verjüngung, Naturnähe, Strauchschicht, Bodenvegetation und forstlich bedeutsame Arten wurden nicht angesprochen, da diese Parameter teilweise in der Bodenvegetationsaufnahme der BZE aufgenommen wurden oder bei der begrenzten Probepunktzahl der BZE statistisch nicht sinnvoll sind. Nur auf den temporären Stichproben wurde eine Zuwachsbeprobung mittels Bohrspänen durchgeführt (je Stichprobe, wenn vorhanden, ein herrschender Probebaum der Hauptbaumarten Fichte, Tanne und Buche). Die Aufnahme des stehenden Bestandes mit Brusthöhendurchmesser (BHD) > 7 cm wurde als WZP mit Relaskop Zählbreite 4 aufgenommen. Für alle lebenden Bäume wurde Baumart, soziologische Baumklasse, geschätztes Alter, Stamm Formigkeit, BHD, Baumhöhe (Unterstichprobe) geschätzt bzw. gemessen. Bei der Totholzaufnahme an der permanenten Stichprobe wurde das stehende Totholz (ganze Bäume oder Bruchstücke 1.3 m Länge, BHD > 5 cm) in einem Probekreis mit 5 m Radius, und das liegende Totholz mit Durchmesser > 5 cm nach der sog. line intersect Methode (LIS) aufgenommen. Die LIS-Methode wurde entsprechend den Definitionen des Schweizerischen Landesforstinventars (EIDGENÖSSISCHES INSTITUT FÜR WALD SCHNEE UND LANDSCHAFT (WSL) 2005) konkretisiert, indem an allen Schnittstellen zwischen drei 10 m langen Taxationslinien und den liegenden Totholzstücken (> 5 cm) deren rechtwinklig zur Hauptachse gemessene Durchmesser bestimmt wurden. Wenn die Taxationslinie Asthaufen geschnitten haben, wurde die Länge der Schnittebene als Ganzes bestimmt, da die Einzelmessung der Astdurchmesser nicht praktikabel ist. Pro liegendem und stehendem Totholzstück wurde der Zersetzungsgrad nach folgender Tabelle aufgenommen: Zersetzungsgrad Beschreibung 1: frisch abgestorben Rinde noch am Stamm 2: beginnende Zersetzung 3: fortgeschrittene Zersetzung 4: stark vermodert Rinde in Auflösung bis fehlend, Holz noch beilfest, bei Kernfäule < 1/3 des Durchmessers Splint weich, Kern nur noch teilweise beilfest, bei Kernfäule > 1/3 des Durchmessers Holz durchgehend weich, beim Betreten einbrechend, Umrisse aufgelöst In Bezug auf die in situ gespeicherte Kohlenstoffmenge wurde durch Modifikation der Aufnahmegrenzen und die gravimetrische Schätzung des C-Vorrats in den Humus- Grobbestandteilen (> 2 und 5 cm) die Aufnahmelücke zwischen C-Vorrat in der Humusauflage und Totholz geschlossen. Bei den Aufnahmen der Bestockungsinventur wurden die BWI-Standards weitestgehend beibehalten, so dass die Datenauswertung mit den eingeführten und qualitätsgesicherten Auswertungsroutinen der BWI erfolgen kann. Details der BWI-Aufnahme im Rahmen der BZE finden sich in der eigens hierfür erstellten Aufnahmeanleitung (KÄNDLER & RIEMER 2006). Die Berechnung der Biomasseanteile erfolgt über speziell für die BWI3 entwickelte Funktionen (KÄNDLER & BÖSCH 2013). 163

13 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Kohlenstoffvorräte im gesamten Ökosystem Wald In der Zusammenschau der durchschnittlichen C-Vorräte in den einzelnen Ökosystemkomponenten und deren Variation (Tabelle 6-4) lässt sich deren relative Bedeutung für die C- Sequestrationsleistung der Waldökosysteme abschätzen. Die Darstellung wird neben dem arithmetischen Mittelwert auf Mediane und Quantile gestützt, damit der Vergleich zwischen den sehr unterschiedlichen Verteilungsformen der C-Pools in den Ökosystemkompartimenten möglich ist. Der Kohlenstoffvorrat in der lebenden Bestandesbiomasse (ober- und unterirdisch) ist mit durchschnittlich (arithmetisches Mittel) 132 t/ha und ca. 54 % des Ökosystempools das bedeutendste Kompartiment. Der zweitgrößte C-Pool ist mit durchschnittlich etwa 104 t/ha und etwas über 43 % des Gesamtpools der Bodenkohlenstoffvorrat (Mineralboden und Humusauflage), wobei der C-Vorrat in der Humusauflage mit durchschnittlich nur 15.5 t/ha und ca. 6 % des ökosystemaren C-Gesamtvorrats gering ist. Auch die Kohlenstoffvorräte im Totholz (Grobbestandteile im Humus, liegendes und stehendes Totholz) sind mit ca. 6 t/ha und einem Anteil von ca. 2.5 % am Gesamt-Kohlenstoffpool relativ niedrig. Das liegt daran, dass die Zersetzungsgrade bei der Berechnung der Kohlenstoffgehalte berücksichtigt wurden und die Holzdichte im Laufe der Zersetzung auf ca. 1/3 der Dichte von frischem Totholz zurückgeht. Die Habitateigenschaften des Totholzes werden jedoch von der Zersetzung eher günstig als negativ beeinflusst. Die Abweichung des Median vom arithmetischen Mittelwert sind teilweise sehr groß; des Weiteren ist die Variation um den Median für die C- Vorräte in allen Ökosystemkomartimenten sehr hoch. In der lebenden Bestandesbiomasse und dem Mineralbodenhumus beträgt die Schwankungsbreite um den Median etwas über 100 %, für Totholz ist sie etwa um den Faktor 3 höher und in der Humusauflage etwa um den Faktor 10. Die Häufigkeitsverteilungen sind mit Ausnahme des C-Vorrats in der lebenden Bestandesbiomasse mehr oder weniger stark rechtsschief mit zum Teil sehr hohen Extremwerten. Die Summe aller C-Vorräte der einzelnen Ökosystemkompartimente zeigt eine Normalverteilung um den Median mit einer extrem hohen Variationsbreite, die in den Extremen von Werten knapp über 60 bis knapp 750 t/ha reicht (Abbildung 6-18). Die räumliche Verteilung zeigt im Land die höchsten Werte im Mittleren und Südlichen Schwarzwald und im Südwestdeutschen Alpenvorland. Das sind Wuchsgebiete, die einerseits einen hohen Anteil an Hochlagen aufweisen, in denen durch das kühl-feuchte Regionalklima die Erhaltungsneigung für Bodenkohlenstoff hoch ist. Im Südwestdeutschen Alpenvorland liegt außerdem der Zuwachs der dort überwiegenden Fichtenbestände deutlich über dem Landesdurchschnitt. Die Höhe und relative Verteilung der Kohlenstoffpools auf die in der Bestandesbiomasse und im Boden gespeicherten C-Mengen wird in Abbildung 6-19 gezeigt. Die Darstellung ist nach Wuchsgebieten stratifiziert, wobei die regionalklimatisch, geo- und pedologisch sehr ähnlichen Wuchsgebiete Schwarzwald und Baar-Wutach zusammengefasst wurden. Da in zahlreichen bodenkundlichen Auswertungen (z. B. HAGEDORN et al. (2010)) und auch in den Prädiktorenkollektiven der an der FVA identifizierten Regionalisierungsmodelle zur räumlichen Verteilung der Kohlenstoffkonzentration im Boden (s. Kap. 6.1) Hinweise auf eine Abhängigkeit der Höhe der Kohlenstoffpools von der Meereshöhe gefunden wurden, 164

14 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten werden in Abbildung 6-20 die einzelnen Kompartimente des Kohlenstoffvorrats über der Meereshöhe dargestellt. Die Punktewolken der Kohlenstoffvorräte über der Meereshöhe zeigen sowohl für die Vorräte in der Humusauflage als auch für das Totholz eine auffällige Häufung von Werten nahe Null im Höhenbereich < 800 m ü. N. N. auf. Dies deutet auf aktuell ablaufende C-Verluste aus diesen Ökosystemkompartimenten durch verstärkte Mineralisierungsprozesse hin. Abbildung 6-18: Räumliche Verteilung der Kohlenstoffvorräte im gesamten Ökosystem Wald (Bestand + Totholz + Boden) jeweils an den BZE-Punkten. Tabelle 6-4: Kohlenstoffvorräte in den einzelnen Kompartimenten und in der Summe des Waldökosystems (Baumbestand abgeleitet aus Derbholz-Menge in m³/ha der BWI-konformen Bestandesaufnahme; Totholz abgeleitet aus BWI-konformen Bestandesaufnahme: Holzdichten nach Zersetzungsstufen 1-4: Laubholz: , Nadelholz: nach HARMON et al. (2011)). Kohlenstoffvorräte t/ha Arithmetisches Mittel Min 25% Median 75% Max Baumbestand (inklusive Wurzeln) Totholz > 5 cm Grobanteile Humusauflage ~ 2-5 cm Humusauflage < 2 cm Mineralboden 0-30 cm Mineralboden cm Mineralboden cm Gesamtes Ökosystem

15 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Abbildung 6-19: In der Bestandesbiomasse und im Boden gespeicherte Kohlenstoffmengen nach Wuchsgebieten. Darstellung arithmetische Mittelwerte ± einfache Standardabweichung. Abbildung 6-20: Zusammenhang der Kohlenstoffvorräte in Bodenkompartimenten (links) und in der Bestandesbiomasse bzw. dem Ökosystem (rechts) und der Höhe über dem Meer. Einzelwerte und lineare Trendfunktion. 166

16 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Zumindest die ausgedünnte Verteilung hoher C-Vorräte in der Humusform und deren Zunahme mit der Meereshöhe deuten darauf hin, dass ohne diese Mineralisierungstendenz die Höhenabhängigkeit der in der Auflage gespeicherten C-Vorräte noch deutlicher wäre als derzeit. Dies entspräche auch der empirischen Erfahrung einer Zunahme abbaugehemmter Humusformen mit der Höhe. Die Punktewolken der C-Vorräte aller anderen Ökosystemkompartimente und der Gesamt C-Vorräte sind relativ homogen um die Trendlinien verteilt. Die Bodenkohlenstoffvorräte nehmen mit der Meereshöhe von Werten um 70 auf Werte um 130 t/ha zu. In den Punktewolken für beide Bestandesbiomassekompartimente ist kaum ein Trend erkennbar. Damit weist der Gesamt C-Vorrat der Wälder Baden-Württembergs mit steigender Meereshöhe den gleichen Zunahmetrend wie die Bodenkohlenstoffvorräte mit einer Zunahme von ca. 250 auf 300 t/ha auf Regionalisierung der Veränderung des Kohlenstoffvorrats zwischen BZE1 und BZE2 Die Regionalisierungsmodelle wurden getrennt für die Humusauflage und die Mineralbodentiefen 0-5 cm, 5-10 cm, cm und cm erstellt sowie für den gesamten Oberboden (Humusauflage und Mineralboden bis 30 cm Bodentiefe) als Summe der Einzeltiefen berechnet. Als Zielgröße der Regionalisierung dienten die jährlichen Kohlenstoffvorratsänderungen der für den paarweisen Vergleich geeigneten Standorte der Trendanalyse (Kapitel 4.1), wobei die Kriterien unterschiedliche Horizontierung, Differenz Skelettgehalt und die Differenz in der Baumartenzusammensetzung als Ausschlusskriterien herangezogen wurden. Als Prädiktoren wurden die landesweit verfügbaren Parameter aus der Geländemodellanalyse (Hangneigung, Exposition, TWI, TPI, Hangposition, Reliefform, Globalstrahlung), der flächenhaften Differenzierung von Wuchsgebieten, die Differenzierung nach geologischen Ausgangssubstraten, Bodentypen und der Einfluss von Grund- und Stauwasser (aus der BÜK200), sowie der Einfluss von Kalkungsmaßnahmen genutzt. Die statistischen Kennzahlen der Regionalisierungen der einzelnen Bodentiefen sowie der Einfluss der genutzten Modellvariablen sind in Tabelle 6-5 zusammengefasst. Die Veränderungen der Kohlenstoffvorräte konnten mit nur geringen Bestimmtheitsmaßen von 0.20 bis 0.34 auf die Fläche übertragen werden. Trotz der relativ hohen unerklärten Varianz zeigen die Residuen eine gleichmäßige Verteilung im Residuenplot (Homoskedastizität) und die in Kap. 6.1 gezeigten regionalen Unterschiede finden sich im Regionalisierungsmodell wieder. Des Weiteren sind die im Modell identifizierten Prädiktoren im ökosystemaren Zusammenhang plausibel kausal mit der Kohlenstoffvorratsveränderung verbunden. Die starke Abnahme der Vorräte in den Humusauflagen weist eine deutliche regionale Gliederung auf. So sind insbesondere die auflagehumusreichen Standorte im Hochschwarzwald, Odenwald und im Schwäbisch-Fränkischen Wald von den quantitiativ höchsten Abnahmen gekennzeichnet. Die Böden der nährstoffreichen und auflagehumusarmen Schwäbischen Alb und des Neckarlands weisen geringe absolute Abnahmen auf, und im Südwestdeutschen Alpenvorland sowie im Oberrheinischen Tiefland herrschen leichte Zunahmen vor (Abbildung 6-21). Als Erklärungsvariablen dominieren im Regionalisierungsmodell für die Humusauflage der Einfluss der Kalkung, topografische Indizes sowie regionale Un- 167

17 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten terschiede der Wuchsgebiete, die das Nährstoffangebot und auch die klimatischen Rahmenbedingungen generalisieren. Gekalkte Standorte sind im Regionalisierungsmodell durch höhere Abbauraten gekennzeichnet (vgl. Kap. 4.1, die absoluten Mengen sind an gekalkten Standorten höher, die relativen Mengen jedoch nicht!), ebenso Standorte mit Stauwassereinfluss, mit erhöhter Exposition sowie auf nährstoffarmen Ausgangsgesteinen (Kristallin). Als signifikanter Prädiktor erwies sich auch die Veränderung des Bestandesalters. Kontinuierliche Zunahmen des Bestandesalters, also geringe Durchforstungen, bildeten sich in einer Erhöhung der C-Vorräte ab. Im mineralischen Oberboden (0-5 cm) sind die Veränderungsraten geringer als in der Humusauflage (Abbildung 6-21). Auffallend ist die Erhöhung der C-Vorräte insbesondere an denjenigen Standorten, die durch hohe Humusabbauraten gekennzeichnet sind (Schwarzwald, Odenwald). Jedoch auch Böden im Südwestdeutschen Alpenvorland weisen eine leichte Erhöhung auf. Als Erklärungsvariablen beeinflussen neben topografischen Parametern der Grund- und Stauwassereinfluss die Veränderungsrate. Auffällig ist, dass im Gegensatz zur Humusauflage Standorte mit erhöhter Exposition eine Erhöhung der C-Vorräte aufweisen, und zwar in allen Mineralbodentiefen. Im humusärmeren Oberboden (5-10 cm) sind ähnliche Tendenzen wie in der darüber liegenden Mineralbodentiefe zu erkennen, jedoch sind die regionalen Ausprägungen stärker. So ist entlang des Oberrheinischen Tieflands eine deutlich höhere C-Anreicherung erkennbar, wohingegen die Böden der Schwäbischen Alb sowie Teile des Südwestdeutschen Alpenvorlandes deutlich Reduzierungen aufweisen. Dabei spielen wiederum Exposition und Hangneigung sowie weitere topographische Parameter eine wichtige Rolle. In der Tiefe cm und cm ist bis auf das Oberrheinische Tiefland eine Abschwächung der Intensität der C-Vorratsveränderung zu erkennen. Insbesondere Reliefparameter konnten hier die Veränderungsraten am besten abbilden. Durch die Aufsummierung der Vorratsänderungen in der Humusauflage und in den Mineralbodentiefen 0 bis 30 cm wird eine Bilanzierung des Einflusses der in den einzelnen Regionalisierungsschritten entscheidenden Variablen vorgenommen. Im landesweiten Mittel ergibt sich daraus eine Abnahme von 0.70 t/ha/a, was leicht über den Werten der rein auf Messwerten beruhenden landesweiten mittleren Tendenz liegt (Abbildung 6-22 und Kap ). Regional lassen sich dabei unterschiedliche Tendenzen unterscheiden: Schwarzwald, Odenwald, Neckarland: An vielen Standorten hat in diesen Regionen eine Umverteilung von organischem Kohlenstoff aus den Humusauflagen in den Mineralboden stattgefunden. Insbesondere auf gekalkten Flächen erscheint ein erhöhter Abbau gegeben. Jedoch weisen ungekalkte Flächen ebenso hohe Abbauraten auf, sodass für beide Straten die Lage im Relief entscheidender ist. Dies wird verdeutlicht in Ausschnitt 2 in Abbildung Im Schwarzwald sind trotz der vorherrschenden Abbautendenz, die meistens an Hängen und in Süd-Ost Exposition vorherrscht, auch Bereiche vorhanden, an denen auf Verebnungsflächen, in Kammlagen und an Schattenhängen die Anreicherung von Kohlenstoff dominiert. Oberrheinisches Tiefland: Hier wird eine flächige Zunahme der Kohlenstoffvorräte modelliert (Ausschnitt 1 in Abbildung 6-23), was den Messwerten weitestgehend entspricht. Dabei sind neben dem Relief (überwiegend eben) für die Region charakteristische Rahmenbedin- 168

18 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten gungen im Modell generalisiert abgebildet (Variable Wuchsgebiet Oberrheinische Tiefland). Als wahrscheinlich werden klimatische Rahmenbedingungen angesehen. Eine erhöhte Anzahl und Dauer von sommerlichen Trockenperioden kann den Abbau organischer Substanz auf gut durchlässigen Standorten hemmen und somit für eine Anreicherung in der Humusauflage und im Mineralboden sorgen. Schwäbische Alb, partiell Neckarland (carbonatische Ausgangsgesteine wie Muschelkalk): Hier dominiert eine Abnahme der Kohlenstoffvorräte, wobei aus dem Modell nur Reliefparameter als erklärende Variablen zum Zuge kommen. Südwestdeutsches Alpenvorland: Hier dominiert die Zunahme der Kohlenstoffvorräte, wobei vor allem die Altmoränenstandorte im Nordosten eine Erhöhung der Vorräte im Mineralboden erfuhren, die Jungmoränenstandorte im Südwesten wiesen dahingegen eine Zunahme im Auflagehumus auf (Variable Wuchsgebiet SW-deutsches Alpenvorland und SWdeutsches Alpenvorland_N in Abbildung 6-21). Tabelle 6-5: Regionalisierung der Kohlenstoffvorratsänderung: Statistische Kennziffern und Einfluss der Modellvariablen. Humus 0-5cm 5-10cm 10-30cm 30-60cm Statistische Kennziffern R-Square Adj R-Sq Root MSE Dependent Mean Coeff Var Bestandesalterdifferenz Kalkung Globalstrahlung TPI TOPEX TWI Rauigkeit Prädiktoren Exposition Hangneigung Verebnung auf Berg Stauwasser Grundwasser Kristallingestein Oberrheinisches Tiefland SW-dtsch.Alpenvorland SW-dtsch.Alpenvorland_N (Teil) 169

19 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Abbildung 6-21: Regionalisierte Veränderung der Kohlenstoffvorräte zwischen BZE1 und BZE2 in der Humusauflage und im Mineralboden der Tiefen 0-5 cm, 5-10 cm und cm Zusammenfassung und Fazit Die im Wald durchschnittlich gespeicherte Kohlenstoffmenge liegt in Baden-Württemberg in der gleichen Größenordnung wie in den Nachbarländern Schweiz (HAGEDORN et al. 2010), Bayern (KLEIN & SCHULZ 2011) und Rheinland-Pfalz (BLOCK et al. 2012), wie Tabelle 6-6 zeigt. Auch die Verteilung des Gesamtkohlenstoff Vorrats auf die Ökosystemkompartimente 170

20 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten ist vergleichbar. Deutliche Unterschiede zeigen sich in der Verteilung des Kohlenstoffvorrats zwischen Boden- und Biomassespeicher zu den Wäldern Schleswig-Holsteins (WÖRDEHOFF et al. 2012). Der niedrigere Gesamtkohlenstoffvorrat in Rheinland-Pfalz erklärt sich aus der regionalklimatischen Situation, die im Vergleich zu den anderen Ländern durch einen höheren Anteil Tieflagen mit einem höheren Anteil an Trockenstandorten gekennzeichnet ist. So ist ebenfalls der in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz gegenüber den beiden anderen Ländern um ca. 30 % niedrigere Kohlenstoffvorrat im Mineralboden zu erklären. In Baden- Württemberg und Rheinland-Pfalz ist mit 63 % der höchste Anteil des Gesamtkohlenstoff Vorrats in der lebenden Bestandesbiomasse, Humusauflage und Totholz gespeichert, während in den beiden anderen Ländern dieser Anteil mit Werten von % deutlich niedriger liegt (allerdings sind aus der Schweiz keine Totholzdaten verfügbar). Das bedeutet einerseits, dass in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz der in den Wäldern gespeicherte Kohlenstoffvorrat gegenüber Mobilisierung durch veränderte Klimabedingungen und Katastrophen wie Sturm oder Insektenkalamitäten anfälliger ist, andererseits jedoch, dass durch die Art der Waldbewirtschaftung stärker auf die Entwicklung der Kohlenstoffspeicherung im Wald Einfluss genommen werden kann. Ein deutlich abweichendes Verteilungsmuster der ökosystemaren Kohlenstoffvorräte weisen die Wälder Schleswig-Holsteins auf, die mit 26 % des Gesamt Kohlenstoffvorrats einen sehr viel niedrigeren Anteil in der Bestandesbiomasse aufweisen und mit 73 % einen um % höheren Anteil des Kohlenstoffvorrats im Boden speichern. Die Gründe hierfür sind sicherlich in dem von den übrigen Bundesländern abweichenden Regionalklima zu suchen. Eine wesentliche Aufgabe der BZE ist es durch periodisch wiederholte Aufnahmen die zeitliche Entwicklung der Bodenkohlenstoffvorräte zu erfassen. Dies ergibt nur dann eine verzerrungsfreie Schätzung für Bundesländer oder auf nationaler Ebene, wenn die Waldfläche durch die Aufnahmepunkte der BZE verzerrungsfrei repräsentiert wird. Wenn daran Zweifel bestehen, kann mit Regionalisierungsmodellen, d. h. Algorithmen zur Punkt- Flächenübertragung, die periodische C-Sequestierung der Waldböden der Bundesländer bzw. auf Bundesebene verzerrungsfrei geschätzt werden. Dies ist für die Planung einer auf Kohlenstoffspeicherung optimierten Waldbodenbewirtschaftung, aber auch für die nationale Treibhausberichterstattung insofern relevant, als dafür verzerrungsfreie und flächenbezogene Schätzungen des Kohlenstoffvorrats benötigt werden. Da die Bundesregierung nach Artikel 3.4 des Kyotoprotokolls seit 2006 für die Anrechnung der C-Senkenwirkung der Waldbewirtschaftung auf die nationale Treibhausgasbilanz votiert hat (WÖRDEHOFF et al. 2012), gewinnt die zutreffende Schätzung der ökosystemaren Kohlenstoffvorräte und insbesondere deren zeitliche Entwicklung besondere umweltpolitische Bedeutung. Auf Bundesund Landesebene wurden zwei unterschiedliche Regionalisierungsverfahren zur Punkt- / Flächenübertragung der Kohlenstofftrends verwendet. In Baden-Württemberg wurde die Regionalisierung mittels multivariater Regressionsmodelle durchgeführt, wie in Kapitel 6.1 beschrieben. Auf Bundesebene wurde die Regionalisierung auf dem Wege des Geo- Matching durchgeführt. Das heißt, dass alle BZE-Punkte im Sinne einer Stratifizierung einem Bodentyp und dem für die Bodenbildung wichtigen Ausgangssubstrat der Bodenbildung zugeordnet wurden. Die geographische Grundlage dafür sind die 72 Legendeneinheiten der Bodenkundlichen Übersichtskarte (BÜK) Deutschlands (1: ). Den 171

21 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Abbildung 6-22: Regionalisierte Veränderungsraten des Kohlenstoffvorrats zwischen BZE1 und BZE2 für die Humusauflage + mineralischer Oberboden bis 30 cm. Ausschnitte 1 und 2 sind in Abbildung 6-23 vergrößert dargestellt. Abbildung 6-23: Vergrößerte Ausschnitte der regionalisierten Kohlenstoffvorratsveränderung zwischen BZE1 und BZE2. 172

22 6. Strategieansätze und Entwicklung von Praxiskonzepten Polygonen der Leitbodeneinheiten der BÜK wurden Mittelwerte und Variationsbreiten der C- Vorratstrends von den in diesen liegenden BZE-Profilen zugewiesen (WELLBROCK & GRÜNEBERG 2011). Ein Vergleich zwischen den beiden Regionalisierungansätzen zeigte für Baden Württemberg, dass die mittleren C-Vorratstrends auf Landesebene von beiden Verfahren mit sehr geringen Abweichungen gleich ermittelt werden. Das muss auch so sein, wenn die BZE-Stichprobe für das Land repräsentativ ist. Das auf Regressionsmodellen basierende Verfahren hat jedoch den Vorteil, dass die räumliche Verteilung der Trendschätzungen sich flexibler und ergebnisoffener an die regionalen Gegebenheiten anpasst als es durch die vorfestgelegten Strukturen der BÜK (1: ) möglich ist. Das heißt, dass durch den Regressionsansatz eher kausalanalytische Interpretationsansätze für die räumlichen Muster der C-Vorratstrends gefunden werden können, wie z. B. die auffallende, räumlich auf den Oberrheingraben und Oberschwaben begrenzte Zunahme der Kohlenstoffvorräte. Dies wird auch von AERTSEN et al. (2012) bestätigt, die Geo-Matching nur als ultima ratio empfehlen, wenn sachlogisch begründete Zusammenhänge zu quasi kontinuierlich in der Fläche verfügbaren Prädiktoren fehlen bzw. nicht nachweisbar sind. Über Regressionsmodelle hergeleitete Regionalisierungskarten können ein wichtiges Instrument für die Identifikation von für die Kohlenstoffsequestrierung relevanten Landschaften und für die Steuerung einer auf die Humuspflege in Waldböden ausgerichtete Waldbewirtschaftung sein, da sie eine stochastische Zusammenhangsanalyse zwischen C-Vorratstrends und ökologischen Einflussgrößen darstellen. Tabelle 6-6: Durchschnittlicher Gesamtkohlenstoffvorrat in den Waldökosystemen der Schweiz (nach Hagedorn et al. (2010)), Bayern (nach KLEIN & SCHULZE (2011)), Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz (nach BLOCK et al. (2012)) und Schleswig-Holstein (WÖRDEHOFF et al. (2012)), sowie deren prozentuale Zusammensetzung nach Ökosystemkompartimenten (alle Werte ohne Moore). Kohlenstoffvorräte (Anteile in %, Summe in t/ha) Ökosystemkompartiment Schweiz Bayern Baden- Württemberg Rheinland- Pfalz Schleswig- Holstein Lebende Biomasse Totholz Humus (Grob + Fein) Mineralboden Summe (t/ha)

23 8. Regionale Darstellung der BZE2-Ergebnisse Leitprofil 9: Neckarland Keuperbergland: Profil 2275: schwach podsolige Braunerde über Pelosol aus Stubensandstein über Buntem Mergel Regionale Standortseinheit: mäßig frischer Sandkerf (SK) Das Profil 2275 ist an einem westlich ausgerichteten Oberhang im Murrhardter Wald zwischen Backnang und Murrhardt gelegen. Der Bestand ist ein lichter Mischwald aus Weißtanne, Rotbuche und Fichte. Das Ausgangssubstrat bilden hier der stufenbildende Stubensandstein und das überlagerte Tonmergelgestein der Bunten-Mergel-Schicht. So entsteht eine geologisch vorgegebene Schichtung mit extremen Bodenartenunterschieden. Diese Zweischichtung ist typisch für Keuperschichten und wird regional auch als Kerf bezeichnet, wobei sich Kerf auf die überlagerte, verwitterte und oft bunte Tonmergelschicht bezieht. Während im Oberboden sandiges Substrat dominiert, ist der rötlich braune Unterboden sehr tonig (P-Horizont, P steht für pelos (griech.) = Ton). Die vorherrschenden Bodenprozesse sind im sandigen Oberboden die Verbraunung und die Podsolierung, die aufgrund geringer Pufferquantitäten im Sand einsetzt. Die deutlich höheren Mengen an potentiellen Austauschern im tonigen Unterboden wird an der Vervielfachung der AKe mit dem Schichtwechsel ersichtlich. Hier findet der Großteil der Pufferung eingetragener Säuren statt. Die Versauerung ist bereits tiefgründig fortgeschritten, was zum einen an der Al 3+ - und Fe 2+ -Belegung bis 2 m Tiefe zu erkennen ist. Zum anderen weist auch der geringe ph KCl-Wert auf große Mengen gespeicherter Säuren hin. Dennoch ist die Pufferrate hier so hoch, dass der ph H2O-Wert, der annähernd die Azidität im natürlichen Bodenwasser wiedergibt, um etwa 1,5 ph-stufen höher ausfällt. Die Vorräte an Ca 2+, K + und Mg 2+ können insgesamt als mittel eingestuft werden. C, N und P fallen dahingegen (sehr) gering aus. Bodenphysikalisch wirkt sich die Zweischichtung folgendermaßen aus: Während der Oberboden ganzjährig gut durchwurzelbar und gut belüftet ist, konzentriert sich im Unterboden die primäre Luft- und Wasserbewegung sowie die Durchwurzelung auf die Aggregatzwischenräume. Diese sind in einem Maße vorhanden, dass anhand dieser Leitbahnen der ansonsten extrem gering leitfähige Ton präferentiell umflossen werden kann und es nicht zur Ausbildung von Stauwassereffekten kommt. Allerdings bedingt bei anhaltender Feuchtigkeit im Winter der hohe Tongehalt ein Aufquellen der Tonminerale und führt somit zur Reduzierung der Zwischenporen. Im Sommer, wenn der Ton stark austrocknet, setzt durch Schrumpfung eine Aggregatbildung ein, wodurch Nährstoffe eingeschlossen werden und damit für die Wurzeln schwer erreichbar sind. So stellt der tonige Untergrund eine jahreszeitlich stark variierende und für das Pflanzenwachstum schwierige Schicht dar, die, auch im Gegensatz zum überlagernden Sand, sehr sensibel gegenüber Befahrung reagieren kann. 284

24 8. Regionale Darstellung der BZE2-Ergebnisse Leitprofil 9: Neckarland Keuperbergland: Profil 2275: schwach podsolige Braunerde über Pelosol aus Stubensandstein über Buntem Mergel ARNR GK-rechts GK-hoch Probenahmedatum Wuchsgebiet (Nr) Wuchsbezirk Neckarland (75) 4/11 Höhe (mnn) Expositon Reliefform Hangneigung Jahresmitteltemperatur ( C) Jahresniederschlag (mm) (N3) (WW) Oberhang Bestand Bestockungsjahr Schlussgrad Bestandesstruktur Mischform Lb-Nd-Misch 1953 räumig zweischichtig einzeln(stammweise) Baumart Anteil (%) Rot-Buche (Fagus sylvatica) 25 Weiß-Tanne (Abies alba) 20 Gewöhnliche Fichte (Picea abies) 5 285

25 8. Regionale Darstellung der BZE2-Ergebnisse Leitprofil 9: Neckarland Keuperbergland: Profil 2275: schwach podsolige Braunerde über Pelosol aus Stubensandstein über Buntem Mergel Profilbeschreibung Var. Boden(sub)typ Ausgangsgestein Humusform Kalkung schwach podsolig Braunerde über Pelosol Sandstein / Tonmergelstein F-Mull (MUO) ungekalkt O (cm) U (cm) Horizont Beschreibung 2 L Blattstreu, locker, keine Wurzeln 0 Of Blattstreu, locker, keine Wurzeln -8 Aeh dunkel braun, Sandkörner, ausgebleicht, Schwach lehmiger Sand, sehr schwach grusig, Summe Skelett = 1 %, Krümelgefüge (2-5 mm), stark humos, carbonatfrei, sehr stark durchwurzelt stark braun, schwach schluffiger Sand, sehr schwach grusig, schwach steinig, Bv Summe Skelett = 9 %, Einzelkorngefüge (5-20 mm), schwach humos, carbonatfrei, mittel durchwurzelt II P rötlich braun, Ton, schwach grusig, schwach steinig, Summe Skelett = 5 %, Polyedergefüge (5-20 mm), sehr schwach humos, carbonatfrei, sehr schwach durchwurzelt Satellitenbeprobung 286

26 8. Regionale Darstellung der BZE2-Ergebnisse Leitprofil 9: Neckarland Keuperbergland: Profil 2275: schwach podsolige Braunerde über Pelosol aus Stubensandstein über Buntem Mergel Bodenchemische Parameter Ca K Mg Na Al Fe Mn H AK (kmol c/ha) austauschbar im WReff (kg/ha) Bewertung sehr hoch mittel/hoch sehr hoch mittel mittel im Skelett (%) im Humus (%) Ca K Mg Na Al Fe Mn C N P S gesamt (KW) WReff (t/ha) Bodenphysikalische Parameter Bewertung sehr gering sehr hoch sehr hoch sehr gering gering sehr gering - Bodenphysikalische Parameter O (cm) U (cm) TRD FB (g/cm³) S (%) U (%) T (%) Grob (%) s r n Ks (cm/d)