Dynamik der Kohlenstoffvorräte in den Wäldern Thüringens

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1 Dynamik der Kohlenstoffvorräte in den Wäldern Thüringens Abschlussbericht zur 1. Phase des BMBF-Projektes Modelluntersuchung zur Umsetzung des Kyoto-Protokolls" Förderkennzeichen 01LK9901 Wirth, C.; Schulze E.-D. ; Schwalbe G. ; Tomczyk S.; Weber, G.; Weller, E. unter der Mitarbeit von Hannes Böttcher, Jens Schumacher und Mona Vetter SUB Göttingen

2 Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis... Abkürzungsverzeichnis Danksagung I V IX XII XIV 1 Zusammenfassung C-Vorräte in Thüringen Dendromasse Bodenvegetation Totholz Mineralboden und organische Auflage C-Flüsse Wie groß ist der Anteil indirekter anthropogener Einflüsse an der Senke? Managementoptionen und zukünftige Entwicklung der Wald-C-Senke in Thüringen Bewertung Forschungsbedarf 15 2 Einleitung Schwerpunkt,.Artikel 3.4" Ziele der Arbeit Herangehensweise 21 3 Weiterführende Betrachtungen zum Kyoto-Prozess aus politischer und ökologischer Perspektive Die deutsche Kohlenstoffbilanz und Verrechnungsverfahren Clean Development Mechanism (CDM) Die C-Bilanz der Forstwirtschaft im Vergleich mit anderen Landnutzungssektoren Bioenergie, Forstprodukte und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen 29 4 Allgemeine Gebietscharakteristik Lage, Geologie und Boden Lage des Untersuchungsgebietes Geologische Entwicklungsgeschichte Böden Klima und Witterung Wald und Forstwirtschaft Kurzer Einblick in die Geschichte des Waldes Aktuelle Waldverhältnisse in Thüringen 36 5 Kohlenstoffvorräte in der Biomasse Entwicklung von Biomasse-Expansionsfaktoren Allgemeine Betrachtungen und Literaturüberblick 40

3 II Aufbau der Biomassedatenbank Entwicklung allgemeiner Biomassemodelle Favoritenmodelle Aufbau einer Bestandes-Datenbank Entwicklung von Expansionsfaktoren BEF von Fichtenreinbeständen in Abhängigkeit von Alter und Standort Expansionsfaktoren von Buchenreinbeständen Kombinierte Konversions- und Expansionsfaktoren für alle Baumarten Ergänzende Bemerkungen zur Entwicklung von Konversions-/ Expansionsfaktoren und Kohlenstoffinventuren auf Landschaftsebene C-Vorräte in der Dendromasse in Thüringen Vergleich mit vorhandenen KE-Faktoren Bodenvegetation Methodik Überblick Oberirdische Biomasse der Bodenvegetation Unterirdische Biomasse Regionalisierungsmodelle der oberirdischen Biomasse Ergebnisse der Hochrechnung 86 7 Totholz Überblick Literaturübersicht: C-Vorräte im Totholz Modellrechnung der C-Vorräte im Touiolz basierend auf Abschätzungen der Anlieferung und des Abbaus Abschätzung der Totholzanlieferung I für Thüringen Abbauraten von Totholz Theoretische Gleichgewichts-C-Vorräte des Totholzes C T^ Diskussion Vergleich der Abbauraten von Totholz und Holzprodukten Boden kohlenstoffvorräte Überblick Harmonisierung verschiedener Bodeninventuren Notwendigkeit der Zusammenfuhrung verschiedener Inventursysteme Charakteristika der einzelnen Inventuren Durchführung der Harmonisierung Repräsentanzanalyse zu den standortskundlichen Untersuchungsflächen Überprüfung der Basisparameter und Entwicklung von Korrekturfunktionen Methodik Zeitaufwand für Nachbeprobung Vergleich der verschiedenen Probenahmen bezüglich der Feinboden- Lagerungs dichte Korrekturfunktionen für die Feinboden-Lagerungsdichte in skelettarmen Böden Korrekturfunktionen für die Feinboden-Lagerungsdichte in skelettreichen Böden 134

4 III Korrektur der Skelettgehaltsabschätzung Überblick über die angewendeten Korrekturen und ihre Auswirkung auf die Höhe der C-Vorräte Diskussion zur Bestimmung und Korrektur der Basisparameter Empfehlungen für zukünftige Bodeninventuren bezüglich der Bestimmung der Basisparameter Ausgangsdaten für die Berechnung der C-Vorräte in der Auflage Regionalisierung Vorbereitung des Prädiktorensatzes für die Regionalisierung Statistisches Verfahren Ergebnismodelle Kopplung der Regionalisierungsfunktionen an die Datenbanken und das GIS Ergebnisse der Regionalisierung Diskussion Regionalisierung Analyse weiterer Bestimmungsfaktoren Einführung Der Einfluss bodenphysikalischer und bodentypologischer Kennwerte auf den C-Vorrat im Mineralboden Klimasensitivität der C-Vorräte im Boden Der Einfluss von Kalkung auf den C-Vorrat Diskussion sonstiger Einflüsse Fehlerbetrachtung Übersicht Fehler der Vorratsschätzungen Dendromasse Mineralboden und organische Auflage Fehler der Abschätzungen der C-Vorratsänderungen ; Dendromasse Detektierbarkeit der C-Vorratsänderungen im Mineralboden Zusammenschau der C-Vorräte Ableitung von Kohlenstoffflüssen aus den Inventurdaten C-Vorratsänderungen in der Dendromasse: Methodik Abschätzung der Flüsse für den Gesamtwald Thüringens nach der Bilanz-Methode Abschätzung der C-Flüsse im Forstamtsvergleich" mit Hilfe von Delta- und Bilanz- Methode Ziel, Methodik und Vorbetrachtung Entwicklung von Flächenanteilen der Baumarten, Holzvorrat und Holzzuwachs nach BAG sowie der mittleren Bonitäten im Betrachtungszeitraum Altersklassenabhängige Einschätzung von C-Vorrat und C-Vorratsänderung Detailbetrachtung zum Altersklassenbild der Baumarten Jährliche C-Flüsse und deren Veränderungstrend - Betrachtung mit Hilfe der Delta-Methode Gegenüberstellung der Ergebnisse zur Ermittlung der C-Flüsse nach der Delta- Methode und der Abschätzung der C-Flüsse nach der Bilanzmethode Schlussfolgerungen 218

5 IV 12 Modellierung der C-Flüsse mit BIOME-BGC Motivation Methodik Beschreibung des Modells BIOME-BGC Methode und Modellierungsstrategie Simulationsstrategie und Modelläufe Ergebnisse Simulierte C-Flüsse auf Landschaftsebene NEP versus Netto-Biomproduktivität (NBP) Effekt der Altersklassenverteilung Einfluss der ein2elnen Faktoren Temperatur, CO2 und N-Deposition isoliert vom Altersklasseneffekt Diskussion Zusammenschau der Flüsse Einfluss der Bewirtschaftung auf Vorratsveränderungen Überblick Änderung der Umtriebszeiten Änderung der Artenzusammensetzung Plenter- versus Altersklassenwald Management der Totholzvorräte Diskussion Bewertung Aufwand, Qualität und Nutzen des Monitorings C-Vorratsänderungen in der Dendromasse C-Vorratsänderungen im Boden : Anrechnung auf Projektebene C-Vorratsaufbau und Klimawirksamkeit eine kritische Betrachtung Überlegungen zur Ausgestaltung des Kyoto-Protokolls Literaturverzeichnis Farbtafeln 303