Bodennachhaltige Bewirtschaftung von Wäldern im Kontext einer energetischen Holznutzung

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1 Bodennachhaltige Bewirtschaftung von Wäldern im Kontext einer energetischen Holznutzung A. Göttlein Fachgebiet Waldernährung und Wasserhaushalt Wissenschaftszentrum Weihenstephan, TU München Fachgebiet Waldernährung u. Wasserhaushalt

2 Waldbewirtschaftung und Stoffhaushalt Einwertung der Waldstandorte Deutschlands Nachhaltigkeit verschiedener Nutzungsintensitäten von der Ökologie zu Ökonomie

3 Nährelementverfügbarkeit in Abhängigkeit der Bodenreaktion aus: Kolb, E., Göttlein, A. (2012): Nährstoffnachhaltige Nutzung von Landschaften Regionale Bewertung erntebedingter Nährstoffentzüge. AFZ-DerWald 15, 4-7.

4 Nährelementausstattung deutscher Böden aus: Kolb, E., Göttlein, A. (2012): Nährstoffnachhaltige Nutzung von Landschaften Regionale Bewertung erntebedingter Nährstoffentzüge. AFZ-DerWald 15, 4-7. Quelle der bodenkundlichen Daten: BÜK1000, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

5 Einstufung der Waldstandorte bezüglich deren Empfindlichkeit gegenüber Nährstoffexporten in den Wuchsregionen Deutschlands aus: Kolb, E., Göttlein, A. (2014): Vorschlag zur Anpassung der forstlichen Wuchsregionengliederung Deutschlands an das Nutzungspotential der Böden. Allg. Forst- u. J.-Ztg.185, Waldfläche [km²] nordfriesische und Elbmarschen süd-, mittel- und ostdeutsches saures Kristallin Bayerische Kalkalpen mitteldeutsche paläozoische Sedimente norddeutsche, flache Altmoräne und Sander süd- und mitteldeutsche mesozoische Sedimente Flugsande des Oberrhein und Untermain norddeutsche, hügelige Altmoräne und Sander norddeutsche, karbonatarme Jungmoräne Flusstäler u. angrenzende Tiefländer - Mittelgebirgsabflussregime norddeutsche, karbonatreiche, hügelige Jungmoräne mittel- und ostdeutsche Lößlandschaften mitteldeutsches basisches Kristallin Kalk- und Mergellandschaften, häufig lößbedeckt schwäbisch-fränkische Alb Flusstäler u. angrenzende Tiefländer - Hochgebirgsabflussregime süddtsch. Tertiärhügell., Altmoränen, Schotterplatten, teilw. lößbed. süddeutsche Jungmoräne und Voralpen 10% 0% s.kritisch kritisch ausreichend 30% 20% unkritisch 50% 40% 70% 60% 80% 90% 100% 59,9% 30,0%

6 Zwischenfazit 1 ein Großteil unserer Wälder stockt auf nährstoffschwachen Böden Nutzungsrestriktionen zur Erhaltung des Standortspotenzials sind daher ein wichtiges Thema

8 Beurteilung der Nachhaltigkeit durch Stoffbilanzen Prozesse der Nährelementbereitstellung Nährelementverluste Systeminterne Prozesse Nährstoffaufnahme Streufall Nährstoffeintrag (Deposition) Biomasse xport e t n e m Nährele ung) (Nutz Mineralisation Al3+ Ionenaustausch SO42- K+ Na+ Fe3+ H+ Bodenfestphase (Kationen-) Austauscher Mg2+ H2PO4Ca2+ Mn2+ Bodenwasser Nährstoffverluste (Sickerwasser) Nährstofffreisetzung (Verwitterung) NO3-

9 Nährelement-Gehalte in verschiedenen Baumkompartimenten von Fichte am Standort Flossenbürg nach Dietrich et al. (2002): Biomasse- und Nährstoffinventuren zur Ermittlung von Ernteentzügen an drei bayerischen Fichtenstandorten. Forstl. Forschungsberichte München 186, % von Stammholz N Ca K Mg P S Stamm- Stamm- Totäste Holz Rinde Äste Zweige Nadel

10 Nährelement-Entzüge bei verschiedenen Nutzungsintensitäten von Fichte am Standort Flossenbürg N S P K Ca Mg Biomasse Stammholz ohne Rinde kg/ha 110,6 10,6 6,8 61,2 105,4 17,8 t/ha 174 Stammholz mit Rinde kg/ha % 178, , , , , ,8 173 t/ha 187,2 % 108 Vollbaum kg/ha 486,9 40,5 41,3 215,8 309,9 51,1 % t/ha 228,3 % 131

11 Nährelement-Verteilung und -Flüsse von zwei Fichtenstandorten berechnet zum Ende einer hundertjährigen Umtriebszeit aus: Ettl, R., Weis, W., Göttlein, A. (2007): Holz verbrennt, Asche bleibt - Konsequenzen für die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung in Bayern. AFZ-DerWald 2/2007, ökosystemar leicht verfügbar Fichte (Picea abies) Höglwald 100 Eintrag 28 kg ha-1 0 P [kg ha -1 ] Vorrat 4,4 t ha-1 Verwitterung 89 kg ha Austrag 3 kg ha-1 Nadeln Zweige, Äste Rinde Stammholz Gesamtgehalt Auflagehumus Zitronensäureextrahierbar im Mineralboden bis 60cm Tiefe

12 Nährelement-Verteilung und -Flüsse von zwei Fichtenstandorten berechnet zum Ende einer hundertjährigen Umtriebszeit aus: Ettl, R., Weis, W., Göttlein, A. (2007): Holz verbrennt, Asche bleibt - Konsequenzen für die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung in Bayern. AFZ-DerWald 2/2007, ökosystemar leicht verfügbar 100 Höglwald 50 P [kg ha -1 ] 0 50 Eintrag 28 kg ha Nachlieferung 89 kg ha-1 Gesamtvorrat 4,4 t ha Nachlieferung 21 Gesamtvorrat kg ha-1 3,2 t ha Austrag 3 kg ha Austrag 10 kg ha ökosystemar leicht verfügbar 500 ökosystemar leicht verfügbar 250 K [kg ha -1 ] 250 Eintrag 442 kg ha-1 Eintrag 325 kg ha Flossenbürg Eintrag 29 kg ha ökosystemar leicht verfügbar Nachlieferung 85-1 Gesamtvorrat kg ha ,8 t ha 250 Austrag 18 kg ha-1 Nachlieferung 249 kg ha-1 Gesamtvorrat 32,7 t ha-1 Austrag 80 kg ha Nadeln Rinde organische Auflage Äste/Zweige Holz Mineralboden bis 60 cm

13 Stoffliche Nachhaltigkeit verschiedener Nutzungsintensitäten im Bezug zu den aktuell verfügbaren Vorräten aus: Ettl, R., Weis, W., Göttlein, A. (2007): Holz verbrennt, Asche bleibt - Konsequenzen für die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung in Bayern. AFZ-DerWald 2/2007, Nährstoffentzug in % des verfügbaren Vorrates (Bestand + Boden) Entzüge größer 25% sind grau hinterlegt P K Mg Ca Höglwald Flossenbürg Derbholz Derbholz Vollbaum Derbholz Derbholz Vollbaum + Rinde + Rinde

14 Stoffliche Nachhaltigkeit verschiedener Nutzungsintensitäten im Bezug zur Nachlieferung aus: Ettl, R., Weis, W., Göttlein, A. (2007): Holz verbrennt, Asche bleibt - Konsequenzen für die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung in Bayern. AFZ-DerWald 2/2007, berechnet für eine hundertjährige Umtriebszeit als (Eintrag+Nachlieferung-Austrag)/(Endnutzung+Zwischennutzung) Entzüge die durch die Nachlieferung nicht gedeckt werden sind grau hinterlegt P K Mg Ca Höglwald Flossenbürg Derbholz Derbholz Vollbaum Derbholz Derbholz Vollbaum + Rinde + Rinde 2,48 1,42 0,64 2,87 1,44 0,53 2,08 1,35 0,69 2,47 1,59 0,71 2,72 2,02 1,94 2,28 1,34 0,91 3 1,34 1,18 2,28 1,13 0,77

15 Stoffliche Nachhaltigkeit verschiedener Nutzungsintensitäten im Bezug zum verfügbaren Gesamtvorrat aus: Ettl, R., Weis, W., Göttlein, A. (2007): Holz verbrennt, Asche bleibt - Konsequenzen für die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung in Bayern. AFZ-DerWald 2/2007, Berechnung der hypothetisch möglichen Umtriebszeiten unter Berücksichtigung der Ein- und Austräge; Vorräte die nach 10 Umtriebszeiten aufgezehrt wären sind grau hinterlegt P K Mg Ca Höglwald Flossenbürg Derbholz Derbholz Vollbaum Derbholz Derbholz Vollbaum + Rinde + Rinde > bis bis 50 > 100 > bis 50 > 100 > 100 > 100 > 100 > 100 > bis bis bis 100 > 100 > 100 > bis

16 Mittlerer Nährelementbedarf der Hauptbaumarten eine Stoffbilanz muß elementspezifisch folgendes berücksichtigen: Einträge, Austräge, Nährelementbereitstellung durch Verwitterung und Mineralisierung Festlegung in den Biomassekompartimenten Ernteentzüge

17 Beurteilung der Nachhaltigkeit durch Stoffbilanzen am Beispiel des Elementes Calcium bei der Baumart Buche Bilanz Buche Calcium Vollbaumernte Buche Calcium Derbholz m. Rinde

18 Einschränkungen der Holznutzung für Buche (Vollbaum) Bilanz = Eintrag + Verwitterung Ernte - Sickerwasseraustrag 39! Ca Mg 6 1 unbedingt zu beachten: aufgrund unzureichender Datenlage konnte das Element Phosphor nicht berücksichtigt werden K % Bilanz > 0 keine Nutzungseinschränkungen Bilanz < 0; <10% Entzug pro Umtriebszeit Nutzungseinschränkungen empfohlen Bilanz < 0; >10% Entzug pro Umtriebszeit Nutungseinschränkungen notwendig

19 Auftreten von P-Mangel in den Bayerischen Wuchsgebieten Datenbasis WBI + BZE aus: Göttlein, A., Radman, A., Mellert, K.H. (2016): Ernährungszustand bayerischer Wälder auf Wuchsgebietsebene AFZ-DerWald 19/2016,

20 Zwischenfazit 2 element-, standorts-, baumarten- und nutzungsspezifische Stoffbilanzen sind ein brauchbares Hilfsmittel für eine nachhaltige Forstwirtschaft die Berücksichtigung des Nährelementes Phosphor ist unbedingt notwendig

22 Abschätzung des monetären Wertes der durch die energetische Nutzung entzogenen Nährelemente in Bayern für das Jahr 2008 NährelementWert pro Tonne Asche Ca GesamtNährelementwert Nährelementwert Rostasche Hackschnitzelanalgen 50,20 /t /a /a Mg 12,61 /t /a /a K 47,81 /t /a /a P 35,32 /t /a /a 145,95 /t 2.78 Mio. /a 0,77 Mio. /a gesamt Kosten für Nährelementrückführung: Wert d. Nährelemente + 35 /ha bei 10-jähriger Rotation müßten in Bayern ha abgearbeitet werden, mit Gesamtkosten von ca. 11,53 Mio. pro Jahr

23 Entwicklung von Erlös und Nährstoffentzug in Abhängigkeit von der Ernteintensität 100 Erlös N P Ca Mg K 90 erntekostenfreier Erlös [%] 1100 m NN 180 Jahre Endnutzung Stammholz / Industrieholz 0 0 Äste Zweige Nadeln genutzte Biomasse [%] Optimalwert Nährstoffverlust [%] Fichtenaltbestand auf Hauptdolomit Ernte Kronenmaterial Biomasse Erlös +19 % + 1% Verluste P & K + 64 %

24 Auswirkung von Biomasseentzügen auf das Wachstum nach dem Durchforstungseingriff nach: Helmisaari et al. (2011): Logging residue removal after thinning in Nordic boreal forests: Long-term impact on tree growth. Forest Ecology a. Managem. 261, mittlerer Volumenzuwachs der Vollbaumvariante im Bezug zur konventionellen Holzernte Zeit nach Versuchseinrichtung Fichte Kiefer 0-10 Jahre - 5% - 4% Jahre - 13% - 8% zweite Durchforstungsmaßnahme nach 10 Jahren bei 6 Fichtenbeständen und 4 Kiefernbeständen

25 Zwischenfazit 3 nutzungsbedingte Nährstoffverluste und Zuwachseinbußen im Folgebestand müßten betriebswirtschaftlich einkalkuliert werden aus Sicht des Waldbesitzers ist die Vollbaumnutzung nie das wirtschaftliche Optimum

26 Alternativen für stofflich nachhaltiges Wirtschaften: Nutzung der nachschaffenden Kraft des Standorts anpassen Einstieg in eine Nährstoffkreislauf-Wirtschaft ökologisch verträgliches Ascherecycling wäre eine interessante Option aber: Bedeutung von Humus und Totholz für das Ökosystem Wald nicht unterschätzen

27 Fazit: auf einem Großteil der Waldstandorte führt die Nutzung zu einem merklichen Eingriff in den Nährstoffhaushalt die Nutzung von Kronenmaterial ist in der Regel ökologisch und ökonomisch unsinnig die Mißachtung der Nährstoffnachhaltigkeit ist eine wirtschaftliche Hypothek auf die Zukunft