Nährstoffpools in den Waldböden Baden-Württembergs: Status quo, Veränderungen und anthropogener Einfluss

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Heike Dresdner
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1 Nährstoffpools in den Waldböden Baden-Württembergs: Status quo, Veränderungen und anthropogener Einfluss Klaus von Wilpert Peter Hartmann, Jürgen Schäffer FVA Freiburg, Abteilung Boden und Umwelt Dienstag, 03.Juni 2014 Kloster Schöntal

2 Grundlage: 304 Bodenprofile der BZE im 8x8 km Raster BZE 2 Baden-Württemberg Wuchsgebiete 1 Oberrheinisches Tiefland 2 Odenwald 3 Schwarzwald 4 Neckarland 5 Baar-Wutach 6 Schwäbische Alb 7 Südwestdeutsches Alpenvorland 1492m 87m BZE II Flächen EU Flächen Wald, Forst Humus (200) Standort: Bestand, Bodentyp, Geologie, Relief, Klima, Kalkungsmaßnahmen, Bodenchemisch: Austauschbare und langfristige Nährstoffe C, N, ph, Bodenphysikalisch: Textur, Skelett, Trockenrohdichte, Wasserleitfähigkeit, Porosität, Pro Standort: > 300 Informationen ca Daten Kilometer

3 Typische Waldböden in Baden-Württemberg ABn aus Auenlehm KVn aus Torf/Auenlehm SSn aus Decklehm LLn aus Stubensandstein DDn aus Knollenmergel / Stubensandstein PPn aus Buntsandstein BBn aus Diatexit LL-SS aus Löss/ Geschiebemergel CFn aus Kalkstein

4 Austauschbare Vorräte in Feinboden, Skelett & Humus Nährstoffvorräte Qualität: Konzentrationen ( eq/g) X Quantität: Vorrat an Feinboden, Skelett, Humus (g/cm³) Element- Vorrat (t/ha) 4

5 Feinboden - Austauscherbelegung Anteil basischer Kationen = Basensättigung Ladungsanteile (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) an gesamter Austauschkapazität Terra Fusca aus oberem Muschelkalk 5

6 Feinboden - Austauscherbelegung Anteil basischer Kationen = Basensättigung Ladungsanteile (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) an gesamter Austauschkapazität Pseudogley aus Lösslehm 3 6

7 Feinboden - Austauscherbelegung Anteil basischer Kationen = Basensättigung Ladungsanteile (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) an gesamter Austauschkapazität Pseudogley-Braunerde aus Würmkaltzeitlichem Geschiebemergel 7

8 Anteil basischer Kationen = Basensättigung Feinboden - Qualität Ladungsanteile (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) an gesamter Austauschkapazität Podsol aus Burgsandstein (Keuper) 8

9 Feinboden - Austauscherbelegung Anteil basischer Kationen = Basensättigung Ladungsanteile (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) an gesamter Austauschkapazität Parabraunerde-Braunerde aus risskaltzeitlichemgeschiebemergel gekalkt! 9

10 Weitere Nährstoffvorräte? Lebt der Wald nur vom feinen Boden? - Nährstoffe in der Humusauflage - Nährstoffe im Bodenskelett 10

11 Qualität: Basensättigung im Humus Humusauflage - Qualität Basenpumpe Median Alle Standorte L/Of 91.8 Oh 35.7 L-Mull L/Of 97.4 F-Mull L/Of 92.4 Oh 45.7 mullartiger Moder L/Of 82.9 Oh 67.8 Moder L/Of 66.8 Oh 30.5 rohhumusartiger L/Of 64.5 Moder Oh 40.0 Rohhumus L/Of 83.8 Oh

12 Feinboden Bodenskelett 12

13 Basensättigung im Vergleich zum Feinboden Bodenskelett - Qualität Basensättigung Im Skelett vergleichbar mit Feinboden; BS jedoch leicht erhöht -> Basenquelle 13

14 Al-Belegung im Vergleich zum Feinboden Bodenskelett - Qualität 0 Al im Skelett geringer; Versauerungsgradient Feinboden - Skelett Feinboden und Bodenskelett bilden ein Kontinuum! 14

15 Quantität, Elementvorräte Austauschbare Elementvorräte, Skelett + Humus bis 60cm Bodentiefe Gesamtvorrat Im Humus Im Skelett 15

16 Quanatität, Elementvorräte Langfristige Elementvorräte, Königwasserextrakt, Humus + Mineralboden bis 60cm 16

17 Veränderungen der Vorräte BZE1 - BZE2 (15 Jahre) Veränderung mit der Zeit Vorrat t/ha/a Humus und Mineralboden bis 30cm unstratifiziert ungekalkt Zwischen Bze1 u. 2 gekalkt Median % Sign Median % Sign Median % Sign Ca * *** ** K * Mg ** Na Al * Fe ** * Mn ** ** Allgemein: Abnahme der Versauerungsprodukte Al, Fe, (Mn) Ungekalkt: Abnahme von Ca, (K, Mg) Gekalkt: Zunahme von Ca, Mg; (Abnahme von K) 17

der Basenversorgung im Unterboden (Al-Verluste?

18 Veränderungen der Basensättigung BZE1 - BZE2 Veränderung mit der Zeit Mehrere Tendenzen erkennbar: Aufbasung durch Kalkung im Oberboden Leichte Verbesserung der Basenversorgung im Unterboden (Al-Verluste?) Anhaltende Versauerung im Wurzelraum gut basenversorgter Standorte Entbasung gekalkter Standorte Keine Änderung 18

Trends, Prozesse Zusammenfassung: Kationen, Basensättigung Ernteentzug Kalkung + + + + vertikale Differenzierung Verwitterung Verlagerung Versauerung + - - - - + + Basen + Einfluss der Aggregierung!

19 Trends, Prozesse Zusammenfassung: Kationen, Basensättigung Ernteentzug Kalkung vertikale Differenzierung Verwitterung Verlagerung Versauerung Basen + Einfluss der Aggregierung! - Basenpumpe Humusauflage = Basenquelle Saure Kationen Skelett Kleinräumige Differenzierung Trends Humusabbau Fortschreitende Versauerung, Abnahme der AKe; durch Kalkung Basenanreicherung im Oberboden 19

20 Humusgehalte und Kohlenstoffvorräte Nährstoffpools: C Auflage cm Starke vertikale und regionale Differenzierung: Hochlagen und/oder basenarme Standorte (gehemmter Humusabbau) weisen höhere C-Anreicherungen auf 20

21 Kohlenstoffvorräte im Gesamtsystem Wald = f(höhe) Nährstoffpools: C 21

22 Kohlenstoffvorräte im Gesamtsystem Wald = f(wg) Nährstoffpools: C 22

Verteilung (organische Verbindungen) gekoppelt

23 Stickstoffvorräte und C/N-Verhältnisse Nährstoffpools: C/N Gesamt-N Vorrat (Auflage-Min.Bod. Bis 60cm) N-Verteilung sehr stark an C- Verteilung (organische Verbindungen) gekoppelt C/N-Verhältnisse in Auflage und oberstem Mineralboden Hohe N-Gehalte -> relativ enge C/N- Verhältnisse 23

(n=280) (n=206) 2 gekalkt (n=37) Median % Sign Median % Sign Median % Sig

24 Veränderungen der Humusauflage BZE1 BZE2 Veränderung mit der Zeit Humusvorrat (t ha -1 a -1 ) Unstratifiziert Ungekalkt Zwischen Bze1 u. (n=280) (n=206) 2 gekalkt (n=37) Median % Sign Median % Sign Median % Sig Humusauflagen werden abgebaut Ursachen: Waldumbau, Klimawandel, N-Deposition, Kalkung *** *** * 24

25 Veränderungen der C-Vorräte BZE1 - BZE2 Veränderung mit der Zeit Kohlenstoff: Abbau der Humusauflagen und z.t. Anreicherung im mineralischen Oberboden in Jahresraten (t/ha/a) 25

26 Veränderungen der Vorräte BZE1 - BZE2 Veränderung mit der Zeit C - Vorrat t/ha/a Humus und Mineralboden bis 30cm Mittelwert: -0.7 t/ha/a 26

27 Veränderungen der N-Vorräte BZE1 - BZE2 Veränderung mit der Zeit N - Vorrat t/ha/a Humus und Mineralboden bis 30cm Signifikante Dominanz des Stickstoffabbaus mit Ausnahme vom Oberrheinischen Tiefland und (stau)-nassen Böden 27

28 Veränderungen N-Vorräte: Depositionsbedingt? Gesamt-Stickstoff Deposition

Bodenhumus, Trends, Prozesse N-Deposition - N Zusammenfassung: C, N (N 2 ) (N 2 O) N-Ausgasung N-Freisetzung (NH 4 ) N-Aufnahme (NH 4 ) N Humus N-Auswaschung (NO 3 ) = Versauerung!

29 Bodenhumus, Trends, Prozesse N-Deposition - N Zusammenfassung: C, N (N 2 ) (N 2 O) N-Ausgasung N-Freisetzung (NH 4 ) N-Aufnahme (NH 4 ) N Humus N-Auswaschung (NO 3 ) = Versauerung! Photosynthese C+ C bildung C-Freisetzung Veratmung Sequestrierung - C Ernteentzug C+N Trends Abbau (z.t. Aufbau) organischer Substanz C+N Verlust von N verstärkt im Unterboden 29

30 Zusammenfassung Nährstoffpools - Starke Heterogenität der Nährstoffpools sowohl regional als auch innerhalb eines Standortes (bzw. Bodenprofils) - Überregional fungiert Humusauflage als (kurzfristige) Basenquelle (Effekt der Basenpumpe) - Skelett weist eine dem Feinboden vergleichbare Nährstoffbelegung auf - Dabei ist der Anteil der Basen höher und derjenige der sauer wirkenden Kationen geringer (Basenquelle) - Abbau der Humusauflagen: Freisetzung und Umlagerung, bzw. Auswaschung von C und N Langfristige Humuspflege notwendig 30

31 Rückblick - Strategiebildung Einfluss des Menschen auf Nährstoffpools in Waldböden (1) Historisch: Streunutzung (z.t. auf naturschutzrelevanten Flächen auch heute noch) mit der Folge extremer Nährstoffverarmung 1929: Streunutzung 31

Ausblick - Strategiebildung Einfluss des Menschen auf Nährstoffpools in Waldböden (2) Historisch und aktuell: Nährstoffentzug durch Baum-Ernte Nutzungsintensität entscheidend nachhaltiger Verlust von

32 Ausblick - Strategiebildung Einfluss des Menschen auf Nährstoffpools in Waldböden (2) Historisch und aktuell: Nährstoffentzug durch Baum-Ernte Nutzungsintensität entscheidend nachhaltiger Verlust von basischen Nährstoffen - übersteigt Nachlieferung durch Verwitterung deutlich Folge: Nährstoffverarmung, Versauerung Hauptbelastung = Deopsitionsaltlast Bodenversauerung 2014: Energieholznutzung FNR (Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.v.) 32

Umweltpolitisches Fazit Aktive Pflege der Waldböden und ihrer Funktionen!

40% mit Holzaschebeimischungen -> stabilere Ionen-, C- und N-Speicherung Stabilisierung des

FSC-Zertifizierung: Die Vitalität der Waldböden bleibt dauerhaft erhalten durch eine schonende

33 Umweltpolitisches Fazit Aktive Pflege der Waldböden und ihrer Funktionen! Nährstoffrückführung: Kalkungsmaßnahmen, ca. 40% mit Holzaschebeimischungen -> stabilere Ionen-, C- und N-Speicherung Stabilisierung des Stoffhaushalts durch Waldumbau -> Entwicklung des Buchenmarkts einschließlich Holzenergiemarkt FSC-Zertifizierung: Die Vitalität der Waldböden bleibt dauerhaft erhalten durch eine schonende Befahrung und eine standortangepasste Nutzung. Ideologische Träumerei oder konkrete Strategie??? Wissenschaftliche Grundlagen, praktische Umsetzung und naturschutzverträgliche Anwendung der Kalkung im Wald 33

34 Veränderung mit der Zeit Veränderungen der C- und N-Vorräte BZE1 - BZE2 in der Humusauflage Veränderung C/N-Verhältnisse Tendenz zu erweiterten C/N-Verhältnissen: N wurde im größeren Maß verbraucht als C: Auswaschung mineralischer N-Verbindungen, starke Zuwachsraten, Veränderungen der Humusformen! Scheinbare Versauerung 34

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