Helfen die sächsischen Wälder beim Klimaschutz?

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1 Fakultät Umweltwissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie Helfen die sächsischen Wälder beim Klimaschutz? Thomas Grünwald Annaberger Klimatage 218

2 Entwicklung der atmosphärischen CO 2 -Konzentration seit ppm Quelle: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 217; Hansis et al 215; Joos et al 213; Khatiwala et al. 213; DeVries 214; Le Quéré et al 217; Global Carbon Budget l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

3 Entwicklung der atmosphärischen CO 2 -Konzentration seit 187 und Anteile der globalen CO 2 -Quellen und -Senken Ohne die terrestrischen CO 2 - Senken wäre der Anstieg der atmosphärischen CO 2 - Konzentration nicht 115 ppm (+ 4%) sondern 23 ppm (+7%) ppm Die CO 2 -Konzentration wäre dann 491 ppm (statt 43 ppm). Quelle: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 217; Hansis et al 215; Joos et al 213; Khatiwala et al. 213; DeVries 214; Le Quéré et al 217; Global Carbon Budget l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

4 Direktmessungen von CO 2 -Quellen und -Senken im sächsischen Wald Inventuren der C-Vorräte im sächsischen Wald (Staatsbetrieb Sachsenforst) Bundeswaldinventuren Bodenzustandserhebungen Vorteile: hohe räumliche Repräsentativität, Erfassung verschiedener Kompartimente Nachteil: geringe zeitliche Auflösung Kontinuierliche Messungen des atmosphärischen Gasaustauschs (CO 2 -Flusses) über Waldbeständen Eddy-Kovarianz-Methode Vorteile: direkt, kontinuierlich, zeitlich hoch aufgelöst, zerstörungsfrei und integrierend über Ökosysteme Nachteil: nur an repräsentativen Intensivmessflächen 4 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

5 Inventuren der C-Vorräte im sächsischen Wald (Staatsbetrieb Sachsenforst) Die Bundeswaldinventur liefert die Datenbasis zur Schätzung der Kohlenstoffvorräte für lebende Biomasse oberhalb und im Boden und für Totholz. In einem Raster von 2,83 km x 2,83 km wurden insgesamt 2675 Stichprobenpunkte (Traktecken) im Freistaat Sachsen aufgenommen. Die Bodenzustandserhebung im Wald erfolgt in einem Raster von 4 km x 4 km und gibt für die Streuauflage und den Mineralboden (bis 9 cm Tiefe) Kohlenstoffvorräte an. 5 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

6 Kohlenstoffbilanz des sächsischen Waldes* Baumbiomasse oberirdisch Verjüngung oberirdisch Bodenvegetation oberirdisch Totholz Veränderung Kategorie t/ha t/ha Prozent Gesamt oberirdisch 67,4 83,5 24 Bodenvegetation unterirdisch Verjüngung unterirdisch Baumbiomasse unterirdisch Humusauflage BZE Mineralboden BZE Gesamt unterirdisch 133,9 139,5 4 Gesamt 21,3 223, 11 63,7 2,4,7,6 1,,6 15,3 33, 84, 78,6 2,4,7 1,8 1,,6 18,8 36,8 82, Je Hektar Holzboden waren im Jahr 22 in allen Vorräten 21 Tonnen Kohlenstoff (tc) gespeichert. Bis zum Jahr 212 erhöhte sich dieser Wert um 11 % auf 223 tc/ha. CO 2 -Senke 8,1 t CO 2 * Staatsbetrieb Sachsenforst, 217: Die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder von Entwurf 6 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

7 Gas-Austausch mit Eddy-Kovarianz-Messmethode Weltweit etabliertes Messverfahren zur Messung des Gasaustauschs zwischen Ökosystemen und der Atmosphäre FLUXNET: globales Messnetz umfasst gegenwärtig ca. 46 Messstationen Start kontinuierlicher Messungen Mitte der 199er Jahre (u.a. im Tharandter Wald) 7 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

8 Gas-Austausch mit Eddy-Kovarianz-Messmethode Messung u.a. des CO 2 -Flusses Eddy-Kovarianz Zählung des aufwärts und abwärts transportierten CO 2 über einem Ökosystem (2 Messungen pro Sek.) Bild: LiCOR Messtürme Ankerstation Tharandter Wald 8 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

9 CO 2 - Senke Höhenabhängigkeit der CO 2 -Senke von Fichtenbeständen in Sachsen 15 Fichte (Tharandter Wald) Fichte (Osterzgebirge) tco 2 15 Tharandter Wald: 38 m ü. NN Osterzgebirge: 74 m ü. NN NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) tco NEP Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO 2 -Senke 9 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

10 Lufttemperatur ( C) CO 2 - Senke Höhenabhängigkeit der CO 2 -Senke von Fichtenbeständen in Sachsen 15 Fichte (Tharandter Wald) Fichte (Osterzgebirge) tco 2 15 Tharandter Wald: 38 m ü. NN Osterzgebirge: 74 m ü. NN NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) tco Niedrigere Temperatur im Osterzgebirge (kürzere Vegetationsperiode) 5 Tharandter Wald: 9.3 C Osterzgebirge: 6.9 C NEP Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO 2 -Senke 1 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald Monat

11 CO 2 - Senke Abhängigkeit der CO 2 -Senke von der Landnutzung in Sachsen NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) Fichte (Tharandter Wald) Fichte (Osterzgebirge) Ackerfruchtfolge Dauergrünland tco tco tco Landnutzungseffekte hier ohne: Betrachtung anderer Treibhausgase (N 2 O, CH 4 ) Ernte, Holznutzung Organische Düngung +2.3 tco 2 NEP Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO 2 -Senke 11 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

12 CO 2 -Bilanzen in tco 2 ha -1 (kumulativ) CO 2 - Senke Einfluss der Holznutzung auf die CO 2 -Senke NEP Fichte Tharandter Wald NBP Fichte Tharandter Wald tco tco Nachhaltige Bewirtschaftung reduziert die langfristige CO 2 -Senke auf 9.3 tco 2 (28 217) (Annahme: Holzexport wird für kurzlebige Gleichung Holzprodukte y = a + b*x verwendet, Zeichnen cumnbpspruce aber Gewichtung Substitution Keine fossiler Gewichtung Schnittpunkt mit der Y-Achse E6 ± Energieträger Steigung kann ±.477 als CO Summe der Fehlerquadrate E8 2 -Senke Pearson R.9231 angerechnet werden) R-Quadrat (COD) Kor. R-Quadrat Langfristige CO 2 -Senke des sächsischen Waldes (Inventuren) NEP Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO 2 -Senke NBP CO 2 -Bilanz des Standortes (inkl. Holzexport) 8.1 tco 2 (22 212) 12 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

13 Einfluss einer Störung (Windbruch) auf die CO 2 -Senke NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) Altfichtenbestand Eichenpflanzung nach Windbruch Kyrill + 3 Jahre tco CO 2 - Quelle CO 2 - Senke tco 2-15 NEP Nettoökosystemproduktivität oder Netto-CO 2 -Senke 13 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

14 Einfluss einer Störung (Windbruch) auf die CO 2 -Senke Baumartenflächen nach Altersklassen in Sachsen (ALN = andere Laubbäume niedriger Lebensdauer wie Aspe, Birke, Eberesche, Pappel, ALH = andere Laubbäume hoher Lebensdauer wie Ahorn, Esche, Linde) Quelle: Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft, 213: 4. Forstbericht der Sächsischen Staatsregierung 14 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

15 NEP in tco 2 ha -2 mon -1 Einfluss der Wasserverfügbarkeit auf die CO 2 -Senke (im Tharandter Wald) Beispiel Trockenjahr 23: Abnahme der CO 2 -Senke insbesondere zwischen Juni und September Kumulatives Defizit der CO 2 -Senke und des Niederschlags im Jahr mittlerer Verlauf NEP-Defizit in tco 2 ha -1 (kumulativ) Niederschlagsdefizit in mm (kumulativ) Monat Monat l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

16 Sächsische CO 2 -Bilanz (ohne Nutzungsänderungen) Sektor CO 2 -Quellen (Mt CO 2 a -1 ) 1 CO 2 -Senken (Mt CO 2 a -1 ) 2 Emissionen (u.a. GFA, Verkehr) 48,2 (212) Organische Böden,4 (215) DOC/DIC-Transport (oberirdische Fließgewässer),1 (216) Wald (oberirdisch) 3,3 (22-212) Wald (unterirdisch) 1,4 (22-212) Langfristiger Holzproduktspeicher,5 (22-212) Substitution Holznutzung (Energieholz) 1, (22-212) Summe 48,7 (1%) 11,9 t CO 2 a -1 P -1 6,2 (12,7%) 7,8 * sächs. Waldfläche 1 U. Schreiber, 215: Luftschadstoff- und Treibhausgasemissionen in Sachsen, Jahresbericht 212. Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie 2 Staatsbetrieb Sachsenforst, 217: Die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder von Entwurf 16 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

17 Fazit Waldbestände sind bedeutendste CO 2 -Senke in Sachsen Beitrag zum Klimaschutz Betrag der forstlichen CO 2 -Senke ist u.a. abhängig von Bestandesalter Höhenlage Wasserverfügbarkeit Störungen CO 2 -Senke kann beeinflusst werden u.a. durch Steuerung des Bestandesalters, Vermeidung von Störungen, Waldumbau (Management) 17 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

18 Forschungsfragen 1. Wie wirken sich Störungen in Waldökosystemen auf den Kohlenstoffvorrat und den CO 2 -Austausch mit der Atmosphäre aus? 2. Welchen Einfluss hat das forstliche Management auf die Höhe der CO 2 -Bindung? 3. Wie ändert sich die Kohlenstoffbilanz sächsischer Wälder für verschiedene Szenarien (Waldumbau, Zu-/Abnahme gestörter Flächen, Klimaprojektionen)? Wichtige Grundlagen: Kontinuierliches Monitoring des CO 2 -Austausches an den Intensivmessflächen und regelmäßige Kohlenstoff-Inventuren 18 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald

19 CO 2 -Senke sächsischer Wald 6,2 Mt CO 2 a -1 (22 212) CO 2 -Emission Kraftwerk Boxberg (Oberlausitz) 19,2 Mt CO 2 a -1 (213) Danke für Ihre Aufmerksamkeit 19 l Annaberger Klimatage 218 l Thomas Grünwald