Bodenkundlich hydrologische Untersuchung zur Revitalisierung des Bollwintal-Moores (Uckermark)

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1 Bodenkundlich hydrologische Untersuchung zur Revitalisierung des Bollwintal-Moores (Uckermark) Diplomarbeit an der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Studiengang Landschaftsökologie und Naturschutz von Nadine Nusko Gutachter: Prof. em. Dr. Michael Succow Prof. Dr. Jutta Zeitz Greifswald, Juni 2011

2 Danksagung Ich bedanke mich bei Herrn Prof. Dr. Michael Succow für die Übernahme des Erstgutachtens und die Vergabe des Diplomarbeitsthemas an dessen Findung er maßgeblich beteiligt war. Frau Prof. Dr. Jutta Zeitz danke ich für die Übernahme des Zweitgutachtens. Beiden Gutachtern bin ich für wertvolle fachliche Diskussionen und Hinweise sehr verbunden. Herrn Diplom Geograph Niko Roßkopf und Herrn Diplom Geoökologe Michael Zauft danke ich sehr herzlich für die engagierte Hilfe bei den Geländearbeiten. Für die Hilfe bei den labortechnischen Untersuchungen danke ich den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Gemeinschaftslabors der Landwirtschaftlich Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin. Für fachliche Diskussion und Hilfe im Zuge der Erstellung der Diplomarbeit danke ich sehr herzlich der Arbeitsgruppe Moorökologie an der Universität Greifswald, Frau Camilla Marie Johanna Brückl (B. Sc.), Herrn Diplom Geoökologe Michael Zauft und ganz besonders Herrn Diplom Geograph Niko Roßkopf. Bei der Michael Succow Stiftung bedanke ich mich recht herzlich für die finanzielle Unterstützung im Zuge der Erstellung der Diplomarbeit. Nicht zuletzt gilt mein Dank meiner Familie, die mich immer in meinen Vorhaben bestärkt und unterstützt hat. 2

3 Inhalt Danksagung... 2 Abbildungsverzeichnis... 5 Tabellenverzeichnis... 7 Abkürzungsverzeichnis Motivation und Ziel der Arbeit Stand des Wissens Charakteristik von Moorökosystemen Kennzeichnung von Moorstandorten Hydrologie von Niedermoorstandorten Aufbau natürlicher Moore Anthropogene Veränderungen von Moorökosystemen Material und Methoden Das Untersuchungsgebiet Naturräumliche Lage und Geologie Klima Hydrologie Nutzung und Geschichte des Bollwintales Untersuchungsmethodik Geländemethoden Labortechnische Untersuchungen Darstellung und Auswertung Ergebnisse Bodenkundlich-hydrologische Befunde des Torfsubstrates Stratigraphie und Moorbodentypen Bodenphysikalische Kennwerte Chemische Befunde der Torfsubstrate Trophische Kennzeichnung Säure-Basen-Verhältnisse Auswertung und Diskussion Bodenkundlich-hydrologische Verhältnisse Nährstoff-chemische Verhältnisse

4 5.3 Vergleich mit dem Referenzzustand und ökologische Bewertung Möglichkeiten und Grenzen einer Revitalisierung Methodenkritik und Fehlerquellen Zusammenfassung Literatur

5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Ökologische Moortypen Abbildung 2: Schematische Darstellung eines Durchströmungsmoores Abbildung 3: zeitlicher Einfluss der Entwässerung im Moor Abbildung 4: Übersicht zur Lage des UG Abbildung 5: Luftbild Bollwintal Abbildung 6: Luftbild Bollwintal Abbildung 7: Geologische Karte des UG Abbildung 8: Topographische Karte von Abbildung 9: Klimadiagramm der Station Angermünde Abbildung 10: Karte der Grundwassergleichen im UG Abbildung 11: Karte des 2. Grundwasserleiters im UG Abbildung 12: Entwässerungsgräben im UG Abbildung 13: Verbreitung sandüberlagerter Niedermoorböden im UG Abbildung 14: Bohrlochmethode Abbildung 15: Hauben-Permeameter nach HARTGE Abbildung 16: Lage der Bohrpunkte im östlichen Teil des UG Abbildung 17: Bodenprofile im Transekt Abbildung 18: Bodenprofile im Transekt Abbildung 19: Bodenprofile im Transekt Abbildung 20: Bodenprofile im Transekt Abbildung 21: Lage der Bohrpunkte im zentralen Bereich des UG Abbildung 22: Bodenprofile im Transekt Abbildung 23: Bodenprofile im Transekt Abbildung 24: Bodenprofile im Transekt Abbildung 25: Bodenprofile im Transekt Abbildung 26: Lage der Bohrpunkte im westlichen Bereich des UG Abbildung 27: Bodenprofile im Transekt Abbildung 28: Bodenprofile im Transekt Abbildung 29: statistische Auswertung der Messungen des SV Abbildung 30: SV der Torfe im Verhältnis zum Humifizierungsgrad Abbildung 31: TRD der Torfe im Verhältnis zum Humifizierungsgrad Abbildung 32: statistische Auswertung der Durchlässigkeitswerte im Labor

6 Abbildung 33: statistische Auswertung der Durchlässigkeitswerte im Labor; Aerationszone Abbildung 34: Durchlässigkeitswerte der Torfe in Abhängigkeit vom SV Abbildung 35: Corg in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades Abbildung 36: Ct in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades Abbildung 37: Nt in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades Abbildung 38: phreatischen Wasserstände im UG (April April 2007) Abbildung 39: Lage der Grundwassermessstellen im UG Abbildung 40: Entwässerungsraben im UG

7 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Charakteristik ähnlicher Moortypen Tabelle 2: Kennzeichnung von Braunmoosmooren Tabelle 3: Oszillationsbezogene Eigenschaften der Akrotelmtypen Tabelle 4: Aggregieren von Horizont- und Substratangaben Tabelle 5: Horizont-Substrat-Kombinationen im UG Tabelle 6: Übersicht über beprobte HSK im UG Tabelle 7: Bodenphysikalische Kennwerte der HSK Tabelle 8: Labor- und Freilandergebnisse der Wasserdurchlässigkeitsmessungen Tabelle 9: Klassifizierung der Felddurchlässigkeit Tabelle 10: kf-werte und verbale Bewertung der HSK Tabelle 11: Vergleich von Durchlässigkeitswerten gleicher Substratart Tabelle 12: Durchlässigkeitsbereiche verschiedener Moorböden Tabelle 13: Chemische Kennwerte der HSK Tabelle 14: Trophiestufen der Moorstandorte Tabelle 15: C/N Verhältnis nach Umrechnung der DUMAS Werte in KJELDAHL Werte Tabelle 16: Säure-Basen-Stufen der Moorstandorte Tabelle 17: ph-werte unterschiedlicher Standorte im UG

8 Abkürzungsverzeichnis Abb. AG Boden BRB bzgl. C/N C/N/P CO2-eq d.h. DIN et al. EU FFH-Richtlinie H HGMT HSK Abbildung Arbeitsgruppe Boden Brandenburg (Bundesland) bezüglich Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis Kohlenstoff/Stickstoff/Phosphor-Verhältnis CO2-Äquivalente das heißt Deutsches Institut für Normung et alii Europäische Union Richtlinie 92/43/EWG (Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie) der europäischen Union Humifizierungsgrad; 10 stufige Skala nach VON POST hydrologisch-genetischer Moortyp (auch hydrologischer Moortyp) Horizont-Substrat-Kombination KA5 Bodenkundliche Kartieranleitung, 5. Auflage (2005) mdl. MUGV N NC org ph S spec. SV t mündlich Ministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Nord Stickstoffgehalt/Kohlestoff-Verhältnis organisch pondus Hydrogenium Süd species Substanzvolumen gesamt 8

9 Tab. TRD u.a. UG vgl. V-Wert Z z.b. Tabelle Trockenrohdichte unter Anderem Untersuchungsgebiet vergleiche Basensättigungswert Zersetzungsstufe; 3 stufige Skala nach SUCCOW zum Beispiel 9

10 Motivation und Ziel der Arbeit 1. Motivation und Ziel der Arbeit Ein Naturraum der, besonders in Europa, große Flächenverluste in den letzten Jahrhunderten erlitten hat, sind die Moore. Für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung wurden diese Ökosysteme häufig entwässert, wodurch sie ihre ursprünglichen Funktionen im Landschaftshaushalt als Speicher, Puffer und Filter für Wasser, Kohlenstoff und andere Nährstoffe, sowie als Lebensraum für eine speziell angepasste Flora und Fauna weitgehend verloren haben (SUCCOW & JESCHKE, 1990; GELBRECHT et al., 2001; KOPPISCH, 2001 a). Vom ursprünglichen Moorreichtum Europas, sind in vielen Ländern heute nur Restflächen geblieben. JOOSTEN & COUWENBERG (2001) beziffern den Moorflächenverlust europaweit mit durchschnittlich 60 %. In Deutschland werden von km 2 Gesamtmoorfläche (GROSSE-BRAUCKMANN, 1997) lediglich noch 1% als wachsend eingestuft (JOOSTEN & COUWENBERG, 2001). Im Land Brandenburg, einem der moorreichsten Bundesländer Deutschlands, sind etwa 75 % der Moore landwirtschaftlich genutzt. Von ehemals über ha Moorfläche existieren heute noch ha. (LANDGRAF, 2010). Nur 10% davon gelten als gering entwässert, in 1% findet noch Torfwachstum statt (LANDGRAF & THORMANN, 2006). Insbesondere basen- und kalkreiche Zwischenmoore, welche als FFH Lebensraumtyp Kalkreiche Niedermoore auch unter europäischem Schutz stehen, sind nach einer zusammenfassenden Darstellung der Gefährdung ökologischer Moortypen in Brandenburg, als extrem gefährdet anzusehen (LANDGRAF, 2007; THORMANN & LANDGRAF, 2010). Dieser Sachverhalt lässt sich europaweit feststellen (SEFFEROVA STANOVA et al., 2008). Das seit März 2010 laufende EU Life-Projekt Kalkmoore Brandenburg, hat daher zum Ziel, diesen Moortyp durch geeignete Maßnahmen zu sichern und wieder herzustellen. Die Umsetzung der Ziele erfolgt dabei vorrangig in den hydrologischen Moortypen Quell- und Durchströmungsmoor (THORMANN & LANDGRAF, 2010). Voraussetzung für Renaturierungsmaßnahmen ist jedoch die Kenntnis des im Optimalfall anzustrebenden Zustandes (PFADENHAUER & ZEITZ, 2001). 10

11 Motivation und Ziel der Arbeit Durchströmungsmoore, einstmals in Nordostdeutschland weit verbreitet (MICHAELIS, 2002), wurden in der Vergangenheit auf Grund ihrer guten Nutzbarkeit für die Landwirtschaft überwiegend entwässert (SUCCOW, 2001 a; KANTER, 2005). Die Kenntnisse bezüglich der Hydrodynamik und der Vegetation europäischer Durchströmungsmoore im natürlichen Zustand sind daher lückenhaft. Der Vergleich wird oftmals anhand gering gestörter osteuropäischer Talmoore vorgenommen (MICHAELIS, 2002), wo häufig trotz geringer anthropogener Eingriffe dennoch Veränderungen bezüglich der Vegetationszusammensetzung und der Bodeneigenschaften festzustellen sind. Als Beispiel hierfür dient das Biebrza Tal in Nordost Polen (WASSEN et al., 1996; WASSEN & JOOSTEN, 1996). Durch TANNEBERGER & HAHNE (2003) wurde die Eignung eines natürlichen Durchströmungsmoortales in West-Sibirien (Ob-Talmoor) als Referenzgebiet für nordostdeutsche Durchströmungsmoortäler untersucht und unter Beachtung klimatischer, biogeographischer und geologischer Unterschiede festgestellt. Innerhalb dieser Arbeit wird ein im EU Life-Projekt enthaltenes Durchströmungsmoor, das Bollwintal-Moor in der Schorfheide, hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Eingriffe untersucht. Ziel ist es dabei den Zustand des Oberbodens, sowie der darunter liegenden Torfschichten hinsichtlich der bodenphysikalischen Eigenschaften und der nährstoff-chemischen Eigenschaften festzustellen. Die Ergebnisse werden anschließend mit einem aus der Literatur generierten Referenzzustand verglichen und Möglichkeiten und Grenzen von Renaturierungsmaßnahmen im Bollwintal-Moor aufgezeigt. 11

12 Stand des Wissens 2. Stand des Wissens 2.1 Charakteristik von Moorökosystemen Moore sind vom Wasser geprägte Lebensräume und weisen unter natürlichen Bedingungen einen Wasserüberschuss auf. Durch diese spezifischen hydrologischen Verhältnisse sind Moore Ökosysteme mit positiver Stoffbilanz, d.h. langfristig übersteigt die Produktion von organischer Substanz deren Abbau. Das unvollständig abgebaute Material wird in Form von Torf gespeichert (JOOSTEN & SUCCOW, 2001 a). Torf ist eine sedentäre Ablagerung, die zu mindestens 30 Masse-% aus organischer Substanz besteht. Per Definition der in Deutschland gültigen bodenkundlichen Kartiervorgabe weisen Moore eine Mindestmächtigkeit des organischen Horizontes von 3 Dezimetern auf (AG BODEN, 2005). Je nach vorherrschenden hydrologischen, geomorphologischen und ökologischen Bildungsbedingungen variieren die Moore in ihrer Substratzusammensetzung und Mächtigkeit und damit bezüglich ihrer bodenphysikalischen und chemischen Eigenschaften. Zur genaueren Kennzeichnung von Moorstandorten kommen in der Regel zwei Konzepte zur Anwendung, welche im Folgenden näher erläutert werden Kennzeichnung von Moorstandorten Kennzeichnung nach hydrologisch genetischen Gesichtspunkten Eine Möglichkeit, die naturräumliche Variabilität der Moore zu klassifizieren, ist die Zuordnung zu hydrologisch-genetischen Moortypen (kurz: hydrogenetische Moortypen, im Folgenden HGMT). Die Ausbildung des HGMT ist nach JOOSTEN & SUCCOW (2001 b) ein komplexes Ergebnis aus Wasserdargebot (Produkt aus: Wasserqualität, Zuflussmenge, -dauer und - frequenz) und damit der Herkunft des Wassers, welches den Moorkörper speist, Geländerelief, welches die Wasserströmung im Moor und den Wasserabfluss aus dem Moor beeinflusst, hydrologische Eigenschaften der Moorvegetation und der Torfe selbst. 12

13 Stand des Wissens Die entstehenden verschiedenen HGMT sind durch die Art der Torfbildung, den Aufbau des Moores und ihre Rolle im Landschaftswasserhaushalt charakterisiert (JOOSTEN & SUCCOW, 2001b). Für den norddeutschen und polnischen Landschaftsraum stellten SUCCOW & LANGE (1984) erstmals verschiedene HGMT zusammenfassend vor. Danach unterscheidet man Verlandungs-, Überflutungs-, Versumpfungs-, Durchströmungs-, Quell-, Hang-, Kessel- und Regenmoore. Letztere werden fast ausschließlich durch Regenwasser ernährt, während vorgenannte Typen unter Mineralbodenwassereinfluss entstehen. Jedes Einzelmoor zeigt in der Regel eine charakteristische Abfolge und Verknüpfung unterschiedlicher Standorte, stellt also einen chorischen Naturraum dar, der durch ein spezifisches Wasserregime, Trophie- und Säure-Basen-Verhältnis und, damit in Zusammenhang stehend, eine spezifische Vegetation, Stratigraphie (Substrataufbau) und teilweise auch Reliefsituation gekennzeichnet ist. Charakteristische Substratabfolgen im Profil sind daher in der Regel kennzeichnend für die unterschiedlichen HGMT. Torfe in Verlandungsmooren folgen beispielsweise sehr häufig auf Mudden 1. Mudden liegen überwiegend auf mineralischem Untergrund. Durchströmungsmoortorfe sind häufig über Mudden und Verlandungsmoortorfen ausgebildet (SUCCOW, 1988; SUCCOW & JESCHKE, 1990; JOOSTEN & SUCCOW, 2001b). Verlandungs-, Versumpfungs- und Durchströmungsmoortorfe können teilweise nach erheblichem Wasseranstieg von Mudden überlagert sein (COUWENBERG et al., 2001) Kennzeichnung nach nährstoffökologisch-chemischen Gesichtspunkten Die trophischen Verhältnisse eines Moorökosystems werden nach SUCCOW & STEGMANN (2001, S. 75) als Verfügbarkeit von Pflanzennährstoffen an einem Standort beschrieben. Die Trophie in terrestrischen Ökosystemen ist über die Intensität der pflanzlichen Primärproduktion ableitbar (SITTE et al., 1998; RYDIN & JEGLUM, 2006). Neben bestimmten Spurenelementen werden von Pflanzen in größeren Mengen Makronährelemente benötigt. Dies sind neben Wasserstoff und Sauerstoff vor allem Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Kalium. Während Kohlenstoff, Wasserstoff und 1 unter Wasser abgelagerte Sedimente mit mehr als 5 Masse-% organischer Substanz 13

14 Stand des Wissens Sauerstoff im Wesentlichen über die Luft und mit dem Wasser aufgenommen werden, müssen die anderen Nährstoffe zumeist als Ionen im Nährmedium vorliegen (SITTE et al., 1998). Nicht der Gesamtgehalt eines Nährstoffs ist daher entscheidend für das Pflanzenwachstum, sondern seine Verfügbarkeit. Diese ist abhängig vom chemischen Verhalten des Nährstoffs und von den Standortbedingungen. Einen wesentlichen Einfluss hat dabei der ph-wert, aber auch das Redoxpotential in der Wurzelzone. Die Anwesenheit/Aktivität von Mikroorganismen bestimmt letztlich den Abbau des organischen Materials und die Umwandlung in pflanzenverfügbare Nährelemente. Diese ist wiederum von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Da diese Prozesse schwer messbar sind, wird in der Praxis häufig der Gesamtgehalt an Einzelnährstoffen und deren Verhältnis zueinander bestimmt. Insbesondere das C/N- oder NC- Verhältnis eignet sich zur Einschätzung der Nährstoffverfügbarkeit, da Mikroorganismen für Abbauprozesse Stickstoff benötigen (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL, 2010). Da anorganische Kohlenstoffgehalte insgesamt eine geringere Verfügbarkeit besitzen, wird zur Einschätzung der Trophiesituation das Verhältnis von organischem Kohlenstoff zum Gesamtstickstoffgehalt herangezogen. Entsprechend den Nährstoffverhältnissen und den ph-verhältnissen (Basensättigung) des Torfsubstrates treten Moore in verschiedenen Ausprägungen auf. SUCCOW (1988) stellte die auf diesem zweidimensionalen System beruhenden ökologischphytozönologischen Moortypen (kurz: ökologische Moortypen) erstmals auf. Danach lassen sich fünf ökologische Moortypen unterscheiden. Sie sind im natürlichen Zustand durch eine charakteristische Vegetation gekennzeichnet (Abb. 1). 14

15 Stand des Wissens Abbildung 1: Ökologische Moortypen (SUCCOW & JESCHKE, 1990, S29) Da das Bollwintal-Moor dem HGMT Durchströmungsmoor zuzuordnen ist (MUGV, 2008), wird dieser HGMT im Folgenden näher erläutert. Durchströmungsmoore können nur dort entstehen, wo in Landschaften ein hohes und konstantes Wasserdargebot vorliegt (WASSEN & JOOSTEN, 1996). Ein in der Regel kontinuierlicher Mineralbodenwasserstrom durchsickert das Moor bis in eine Tiefe von mehreren Dezimetern vom Mineralrand hin zu einem Vorfluter. Charakteristisch ist deshalb eine Neigung des Moorbodens vom Talrand zu einem zentral verlaufenden Fließgewässer oder See. Ihr Auftreten ist an Täler und Talränder bzw. Becken gebunden, in denen ein Grundwasserleiter angeschnitten ist; häufig finden sich daher vorgeschaltete Quellmoore (vgl. Abb. 2). 15

16 Stand des Wissens Abbildung 2: Schematische Darstellung eines Durchströmungsmoores, gespeist durch ein Quellmoor Die aufwachsenden Torfe in den oberen Bereichen bremsen den Wasserfluss und bewirken so ein autonomes Torfwachstum (SUCCOW & LANGE, 1984; SUCCOW, 1988, SUCCOW, 2001b). Der anhaltende Wasserfluss führt zur Bildung locker gelagerter Torfe (Substanzvolumen 5%), die grobporig, von geringer Zersetzung und elastisch sind. Bei hohem Wasseranfall erfolgt eine Ausdehnung der Torfdecken; bei geringem Wasserangebot sinken diese wieder zusammen, man spricht von Oszillation (JOOSTEN & SUCCOW b, 2001; SUCCOW, 2001b). Wasserstandsschwankungen fallen deshalb im Moor relativ gering aus. Das Mikrorelief ist eben oder nur gering ausgeprägt. Die Mooroberfläche bildet gleichzeitig die Oberfläche des Grundwassers. Die Torfbildung erfolgt semiaquatisch 2 (STEGMANN et al., 2001). Da verschiedene HGMT zum Teil ähnliche Eigenschaften aufweisen, ist in Tabelle 1 ein Überblick zur Charakterisierung dieser HGMT vorgestellt. Sie ist der Arbeit von MICHAELIS (2002) entnommen. Die Charakterisierung wurde dort nach Succow (1988), sowie nach Jeschke (2000) vorgenommen (MICHAELIS, 2002). 2 Die torfbildende Vegetation wurzelt im wassergesättigten Bereich, während sich die Assimilationsorgane oberhalb der Wasseroberfläche befinden 16

17 Stand des Wissens Tabelle 1: Charakteristik ähnlicher Moortypen, aus MICHAELIS (2002, S. 8) Durchströmungsmoore sind ein in der temperaten Laubwaldzone weit verbreiteter Moortyp. Besonders charakteristisch ist ihr Auftreten im Tieflandbezirk der Provinz der subatlantisch-zentraleuropäischen minerotrophen Moore bis in die Moorprovinz der sarmatischen minerotrophen Moore. Sie kommen hier vom Fuß der Bergländer bis ins Jungmoränengebiet vor und sind in Jungmoränenlandschaften der dominierende HGMT (JESCHKE et al., 2001; JOOSTEN & SUCCOW, 2001b). Natürlicherweise nehmen sie in diesen Landschaften neben den Versumpfungs- und Verlandungsmooren, bedeutende Flächen ein (BERG et al., 2000; LEHRKAMP et al., 2000; SAUERBREY et al., 2002). In Abhängigkeit des geologischen Untergrundes und des daran geknüpften Kalkbzw. Basenreichtums des ernährenden Wassers, treten Durchströmungsmoore in Landschaften des jüngsten Jungpleistozäns als Kalkmoore, in denen des Jungpleistozäns als Basenmoore auf. Saure Durchströmungsmoore sind lediglich in altpleistozänen Gebieten ausgebildet (JESCHKE et al., 2001; SUCCOW, 2001a). Der in der Regel mesotrophe Charakter ungestörter Durchströmungsmoore ergibt sich aus der spezifischen Hydrologie dieses Moortyps. Durch den ständigen Wasserstrom innerhalb der geneigten Oberfläche ist das Auftreten mesotraphenter Vegetationsformen nicht allein von der Ionenkonzentration, sondern vom Ionenstrom 17

18 Stand des Wissens (Ionenfracht pro Zeiteinheit) geprägt. Es herrschen durch das hydrologisch gesteuerte Phänomen der Rheotrophie zumeist keine oligotrophen Bedingungen (EDOM, 2001b). Diese können lediglich bei großen Moorkomplexen in zentralen Bereichen entstehen, da das ernährende Wasser beim Durchströmen des Torfes eine Filterung erfährt, es zur Nährstoffverarmung kommt und der Einfluss des Regenwassers zunehmen kann. Eutrophe Bedingungen finden sich, abgesehen von mineralnahen (Quell)Bereichen und in Überflutungsbereichen, durch die ständige Wassersättigung und die geringe Zersetzung der Torfe natürlicherweise nicht (SUCCOW, 2001 a). Durchströmungsmoore sind in der Regel waldfrei. Vorherrschend ist eine mehr oder weniger moos- oder auch schilfreiche Seggenried-Vegetation (SUCCOW, 2001 a). Nach Zuordnung durch Succow (2001 a) dürfte es sich bei der Vegetation natürlicher, wachsender Durchströmungsmoore um folgende Vegetationsformen handeln Cladium mariscus-riede; mit und ohne Braunmoose; bei Wasserständen über Flur Scorpionsmoos-Schneiden-Ried, Carex rostrata-riede; z.t. moosarm mit Schlenken sowie relativ dichter Krautschicht (Rohrkolben-Schnabelseggenried), Carex diandra-carex rostrata-riede mit anderen Kleinseggen; z.t. sehr braunmoosreich, dichtere Krautschicht (Krummoos-Seggenried), Carex limosa-riede, sehr braunmoosreich; sehr offen mit geringer Krautschicht (Scorpionsmoos-Sumpfsimsen-Ried), Bult-Braunmoos-Seggenriede und Gelbtorfmoos-Seggenriede; beide als Zeichen von Nährstoffarmut und schwacher Austrocknung und damit Beginn oberflächiger Versauerung, Menyanthes trifoliata-braunmoosschlenken (Scorpionsmoos- Wasserschlauch-Schlenke). Im Profilaufbau finden sich dem entsprechend relativ homogen aufgebaute, aschearme, Seggen-, Seggen-Schilf-, oder Seggen-Braunmoostorfe von zum Teil großer Mächtigkeit. Die ökologische Amplitude der Durchströmungsmoore in jungpleistozänen Landschaften (Basen-Zwischenmoore bzw. Kalk-Zwischenmoore), fassen LANDGRAF & KLAWITTER (2010), innerhalb des Begriffes Braunmoosmoor zusammen. 18

19 Stand des Wissens Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Braunmoosen 3, welche neben den Gefäßpflanzen wegen ihrer engen standörtlichen Bindung in großem Umfang zur Ableitung der ökologischen Moortypen durch SUCCOW (1988) herangezogen wurden. Die Braunmoose repräsentieren im Gegensatz zu den Torfmoosen, nährstoffreichere (nicht eutrophe) basen- bis (kalk)reiche Bedingungen. Durch den zusammenfassenden Begriff Braunmoosmoor soll die ökologische Moorgliederung nach SUCCOW (1988) vereinfacht werden (LANDGRAF & KLAWITTER, 2010). Tabelle 2 gibt einen Überblick zur Kennzeichnung der ökologischen Moortypen nach SUCCOW (1988), die LANDGRAF & KLAWITTER (2010) zu den Braunmoosmooren zusammenfassen. Tabelle 2: Kennzeichnung ökologischer Moortypen (Auszug aus SUCCOW, 2001 a, S ), die zu Braunmoosmooren zusammengefasst werden (nach LANDGRAF, 2010, S. 222) Ursache und Folge der Vegetationszusammensetzung von Moorökosystemen sind die hydrologischen Gegebenheiten am Standort Hydrologie von Niedermoorstandorten Nach EDOM (2001 a, b) lassen sich vereinfacht folgende grundlegende hydrologische Eigenschaften natürlicher Moore beschreiben: 1. Das Wasser muss im langfristigen Mittel nahe der Oberfläche stehen, damit Torf gebildet werden kann. In diesem Fall kann das Mesorelief als Grundwasserspiegeloberfläche angesehen werden. Daraus ergeben sich Spezifika in der Wasserbilanz von Mooren und der hydromorphologischen Struktur. 3 systematisch heterogene Gruppe von Laubmoosen verschiedener Gattungen 19

20 Stand des Wissens 2. Durch Belüftung oder Ioneneintrag ausgelöste Oxidationsprozesse sowie erhöhter Druck durch Auflastveränderung, verändern die hydraulischen Eigenschaften der Torfe. Das hydrologische Regime wirkt sich daher unmittelbar auf Prozesse wie Torfwachstum, aber auch -sackung und -zersetzung aus. 3. Die Beziehungen zwischen Vegetationsform, dem oberflächennahen Torf und den hydrologischen Eigenschaften sind in Mooren besonders eng. Stabile Vegetationsformen sind sowohl Folge als auch Ursache standörtlicher hydrologischer Eigenschaften. Dementsprechend führen Veränderungen einer dieser Komponente zu Veränderungen der Eigenschaften der anderen Komponenten. Letztlich verbindet die Bewegung des Wassers sowohl das Einzugsgebiet mit dem Moor als auch verschiedene Bereiche innerhalb des Moores. Veränderungen der hydrologischen Verhältnisse im Einzugsgebiet, sowie im Moor selbst, wirken sich demnach im gesamten System aus (EDOM, 2001 b; JOOSTEN & CLARK, 2002). Im Folgenden werden die grundsätzlichen Strukturen und Mechanismen unbeeinflusster, wachsender Moore näher erläutert Aufbau natürlicher Moore Natürliche Moore zeigen hinsichtlich der bodenbildenden Prozesse eine Zweiteilung im vertikalen Aufbau. Dabei wird der Torfbildungshorizont des Oberbodens vom Torferhaltungshorizont im Untergrund unterschieden. Der Torfbildungshorizont wird nach INGRAM (1978) zusammen mit der Vegetationsschicht, in der Porenströmung stattfindet, als Akrotelm bezeichnet, während der Torferhaltungshorizont das Katotelm bildet. Aus abgestorbenem, aber auch lebendem pflanzlichem Material bestehend ist das Akrotelm locker und elastisch aufgebaut und durch Pflanzenwurzeln sowie basalen Abschnitten der Moose luftgefüllt. Der gebildete Torf gelangt nach und nach in tiefere Bereiche. Das Katotelm bildet den permanent wassergesättigten Bereich. Hier findet, bedingt durch den Sauerstoffmangel, kaum biologische Aktivität statt. Der Abbau der organischen Substanz ist stark gebremst (KOPPISCH, 2001 a). Dieser diplotelmische Aufbau beeinflusst maßgeblich die hydrologischen und stoffhaushaltlichen Eigenschaften der Moore und zeigt je nach Aufbau des Moores unterschiedliche Charakteristika (u.a. MITSCH & GOSSELINK, 2007). 20

21 Stand des Wissens Damit eng in Zusammenhang steht die Wasserspeicherfunktion der Moore in der Landschaft. Diesbezüglich muss zwischen (statischem) Speichervorrat und (dynamischer) Speicheränderung unterschieden werden. Die statische Komponente umfasst im Wesentlichen das Wasser in der permanent wassergesättigten Zone (Katotelm), aber auch das physikalisch und chemisch gebundene Wasser im Akrotelm. Dieses Wasser nimmt auf Grund seiner geringen Beweglichkeit nicht am jährlichen Wasserzyklus teil und hat keinen Einfluss auf die Speicherkomponente in der Wasserbilanzgleichung. In Abhängigkeit von den Torfakkumulationsraten nimmt der Speichervorrat jährlich nur um etwa 0,5 mm zu (EDOM, 2001 b). Verringert wird er durch Entwässerung, Torfabbau oder Auflasterhöhung (s.u.). Je nach Torfart und Humifizierungsgrad beträgt das Gesamtwasservolumen des Katotelms 85 95% (EGGELSMANN & SCHUCH, 1980; EGGELSAMNN, 1981 b; EDOM, 2001 b). Der dynamische Speicher besteht aus den veränderlichen Wassermengen im Moorboden 4. Er umfasst das Wasser in den Moorpflanzen selbst, sowie das entwässerbare Porenwasser und wassergefüllte Strukturen auf und unterhalb der Mooroberfläche (Schlenken und Priele, Wasserkissen). Verschiedene HGMT besitzen bedingt durch ihren Aufbau verschiedene Kapazitäten an dynamischem Speicher (JOOSTEN & CLARK, 2002). In den meisten Moortypen ist er limitiert. Bei hohem Wasserdargebot füllt er sich rasch auf, das überschüssige Wasser fließt schnell ab (EGGELSMANN & SCHUCH, 1980; EDOM, 2001 b). Moortypen mit hohem Ausdehnungsvermögen (Oszillationsfähigkeit) sind dagegen in der Lage ausgleichend auf unterschiedliche hydrologische Bedingungen im Einzugsgebiet zu wirken (EDOM, 2001 b; QUAST, 2001; JOOSTEN & CLARK, 2002; LANDGRAF & THORMANN, 2006). Die Oszillationsfähigkeit ist wesentlich von der Beschaffenheit des Akrotelms, d.h. letztlich von der Vegetation des Moores abhängig (STEGMANN et al., 2001). Es kann diesbezüglich zwischen 5 Akrotelmtypen unterschieden werden. Dabei stehen zwischen frei oszillierenden und nicht oszillierenden Akrotelmtypen drei Varianten von eingeschränkt oszillierenden Typen. Einen tabellarischen Überblick gibt STEGMANN et al. (2001). Er ist in Tabelle 3 dargestellt. 4 Vielfach wird als Moorboden nur der obere durchwurzelte Bereich verstanden, die tieferen Torflagen werden in der Geologie als organische Sedimente angesehen (Sauerbrey & Zeitz, 1999 in Scheffer & Schachtschabel, 2010) 21

22 Stand des Wissens Tabelle 3: Oszillationsbezogene Eigenschaften der Akrotelmtypen (- nein, + ja, ± teilweise); fixiert = durch Wurzeln fest mit dem Untergrund verknüpft oder durch hohes Eigengewicht fest aufliegend, verbunden = durch bewegliches, elastisches Torffasernetzt locker verbunden (STEGMANN et al., 2001, S. 44) Physikalisch-hydrologische Eigenschaften In einem wachsenden Moor ändert sich in der Regel mit dem Alter und der damit einhergehenden längeren Belüftungszeit und höheren Zersetzung der Pflanzenreste, die hydraulischen Parameter in vertikaler Richtung. Die Porengröße, sowie die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (kf) nehmen bereits im Akrotelm von oben nach unten ab (INGRAM, 1978). Diese Struktur bedingt, dass Wasserspiegelschwankungen im Akrotelm ausgeglichen werden und der Effekt auf das System gering bleibt. Bei steigendem Wasserdargebot werden die Wasserspiegelschwankungen durch die grobporige Struktur im oberen Bereich gering gehalten, das überschüssige Wasser wird lateral abgeführt. Bei sinkendem Wasserdargebot verhindert die feinporige Struktur im tieferen Akrotelm den Abfluss des Wassers. Diese hydrologischen Selbstregulationsmechanismen gewährleisten die permanente Wassersättigung des Katotelms und beeinflussen maßgeblich das Abfluss- und Speicherverhalten (IVANOV, 1981; EDOM, 2001 b; STEGMANN et al., 2001; JOOSTEN & SUCCOW, 2001 b). Die Torfe werden im wassergesättigten Moor durch die Gewichtskraft (= Masse der Bodenteilchen) im Laufe der Zeit natürlicherweise verdichtet. Die Gewichtskraft setzt sich zusammen aus der Auflast (Kompartimente über dem Grundwasserspiegel) und dem Eigengewicht (Kompartimente unterhalb des Grundwasserspiegel). Davon unabhängig wird zusätzlich die Auflast von Bäumen oder anthropogenen Elementen 22

23 Stand des Wissens betrachtet. Dem entgegen steht der Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten (STEGMANN & Zeitz, 2001; ZEITZ, 2001). Die Kompression der unteren Torfschichten ist infolge unterschiedlicher Gewichtskraft bzw. unterschiedlicher Auftriebskräfte der Moor- bzw. Akrotelmtypen jedoch sehr unterschiedlich (STEGMANN et al., 2001; STEGMANN & Zeitz, 2001). In Durchströmungsmooren bedingt die kontinuierliche Wasserversorgung die Ausbildung eines paraptischen Akrotelms. Die Oszillationsfähigkeit ergibt sich aus der Elastizität der oberen Torflagen, die mit den unteren zwar verbunden aber nicht fixiert sind. Gebildet wird die Pflanzendecke solcher Akrotelmtypen bei hohen Wasserständen in der Wachstumsperiode, weshalb die Torfe bis in große Tiefen grobporig und gering zersetzt sind. Der laterale Wasserfluss innerhalb des Moores, d.h. die gesättigte Wasserleitfähigkeit der Torfsubstrate gilt daher als ein wichtiger Parameter zur Kennzeichnung eines Standortes (u.a. MITSCHERLICH, 1956) Wasserleitfähigkeit Ein Boden wirkt durch die Eigenschaften seines Porensystems mehr oder weniger stauend auf ihn durchfließendes Wasser. Dieser Einfluss des Bodens wird durch die Wasserleitfähigkeit oder Wasserdurchlässigkeit charakterisiert. Sie ist entsprechend der Kehrwert des Fließwiderstandes (HARTGE & HORN, 2009). Je nach Betrachtungsgegenstand kann zwischen der gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf-wert; gesamtes Porenvolumen wasserverfüllt) und der ungesättigten Wasserleitfähigkeit (ku-wert; Porenvolumen von Wasser und Luft ausgefüllt) unterschieden werden. Bei vollständiger Füllung aller Hohlräume erreicht die Wasserleitfähigkeit ihren Maximalwert (AG BODEN, 2005). Die Messung der gesättigten Wasserleitfähigkeit gibt demnach Hinweise auf die Struktur des Bodens, insbesondere Porenvolumina und auf Veränderung dieser (vgl. HARTGE & HORN, 2009). Sie ist ausschlaggebend für die Versickerungsrate und dem entsprechend für das Abflussverhalten. In wachsenden Mooren ist sie abhängig von Torfart, Humifizierungsgrad, Substanzvolumen und Porengrößenverteilung (u.a. MITSCHERLICH, 1956; RYCROFT et al., 1974; EGGELSMANN, 1981 b). 23

24 Stand des Wissens Grundlage der Berechnung der Fließgeschwindigkeiten im porösen Medium Boden stellt die DARCY Gleichung dar (vgl. Formel 1). Sie beschreibt die Wassermenge, die je Zeiteinheit durch eine bestimmte Fläche hindurch strömt (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL, 2010). Formel 1: Berechnung der gesättigten Wasserleitfähigkeit nach DARCY kf = gesättigte Wasserleitfähigkeit (cm/d) V = perkolierendes Wasservolumen (cm 3 ) A = Fließquerschnitt (cm 2 ) t = Zeit (d) L = Länge der Fließstrecke (cm) Δh = Potenzialdifferenz (cm) Grundvoraussetzung für die Anwendung der DARCY Gleichung ist laminares Fließen. Bei sinkendem Wasserdargebot kann sich die Matrix des organischen Gerüstes jedoch verändern. Es können Gefüge entstehen, die stark unterschiedliche Durchlässigkeiten in verschiedene Richtungen aufweisen, d.h. hydraulisch anisotrop sind (HÖLTING & COLDEWEY, 2009). Die Anwendung der DARCY Gleichung, insbesondere bei pedogen veränderten Torfen, ist deshalb nicht unumstritten (HEMOND & GOLDMAN, 1985) Anthropogene Veränderungen von Moorökosystemen Durch Entwässerung wird die Torfbildung in natürlichen Mooren unterbrochen. Ursache dafür können natürliche, beispielsweise klimatische Änderungen, sowie menschliche Aktivitäten sein. Die Moorstandorte Mitteleuropas wurden zum großen Teil melioriert und unterliegen häufig einer Nutzung (ZEITZ & STEGMANN, 2001). Dadurch ändern sich die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des Moores grundlegend und zum Teil irreversibel. Die wirkenden Prozesse lassen sich nach SCHMIDT et al. (1981) wie folgend charakterisieren Moorsackung, 24

25 Stand des Wissens Schrumpfung und Quellung, Humifizierung, Torfschwund (Mineralisation), Verlagerungs- und/oder Auswaschungsvorgänge, Bodenlockerung und durchmischung durch Bodentiere und Bodenbearbeitung. Durch den entwässerungsbedingt fehlenden Auftrieb der Torfe sacken diese zusammen und es kommt zur Kompression der Torfe auch in den unteren Torfschichten. Bei vormals locker gelagerten Torfen macht sich dies verstärkt bemerkbar. Bedingt durch das Relief des mineralischen Untergrundes sind die Sackungsbeträge unterschiedlich und es kann ein ausgeprägtes Mikrorelief entstehen (SCHULTZ-STERNBERG et al., 2000; ZEITZ, 2003). Durch die Kompression der Torfe nimmt der Gehalt an großen, schnelldränenden Grobporen (>50µm) ab, so dass die gesättigte Wasserleitfähigkeit sinkt. Der Einfluss der Entwässerung im Moor auf Gefüge, Sackung und Durchlässigkeit im zeitlichen Verlauf, wurde durch EGGELSMANN (1976 in ZEITZ, 2003) dargestellt (Abb. 3). Abbildung 3: zeitlicher Einfluss der Entwässerung im Moor auf Gefüge, Sackung und Durchlässigkeit (EGGELSMANN, 1976 in ZEITZ, 2003) Die Wasserspiegelschwankungsamplituden vergrößern sich bei gleicher Entwässerungsintensität, was den beschriebenen Effekt noch verstärkt. Im entwässerten Bereich kommt es witterungsbedingt infolge von Wasserentzug zur Schrumpfung und durch Wasserein- oder anlagerung zur Quellung des Bodenmaterials. Durch die Schrumpfung entstehen zunächst senkrechte 25

26 Stand des Wissens Schwundrisse (auch Zugrisse). Bei anhaltender Entwässerung kann sich ein Torfsäulengefüge ausbilden. Nach tieferer Entwässerung (8-12 dm unter Flur), entstehen aus den Schwundrissen Spalten, die in größere Tiefen hinab reichen können. Die Torfsäulenköpfe reißen auf und bilden ein Grobpolyedergefüge, welches schließlich in kleinere Polyeder zerfällt. Dabei neigen unterschiedliche Torfarten in unterschiedlicher Weise zur Ausbildung von Polyedern. Durch die damit verbundene intensivere Belüftung tieferer Torflagen steigt der mikrobielle Abbau der organischen Substanz. Es kommt zu einer sekundären, aeroben Zersetzung und zum oxidativen Torfverzehr. Die Mineralisationsraten sind abhängig von Klima, Grundwasserstand, Bodenfeuchte, Kohlenstoffvorrat, Basenverhältnissen und Nutzungsart des Standortes (u.a. ZEITZ, 2003; RYDIN & JEGLUM, 2006; MITSCH & GOSSELINK, 2007). Bedingt durch höhere ph-werte, sowie Unterschiede in der Hydrologie und im Substrataufbau, laufen Mineralisierungsprozesse in Niedermooren generell schneller ab als in Hochmooren (ZEITZ & VELTY, 2002; OLESZCZUK et al., 2008); dies gilt in besonderem Maße für basen- und kalkreiche Niedermoorstandorte (GROOTJANS et al., 2006). Durch die vermehrte Anwesenheit von Bodentieren infolge der aeroben Verhältnisse wird der Torf weiter zerkleinert und homogenisiert. Es entsteht ein vererdeter Torf mit Krümelgefüge. Bei fortschreitender Entwässerung entsteht schließlich ein vermulmter Torf. Moorsackung, Schrumpfung und Mineralisierung führen insgesamt zu einer Abnahme der Moormächtigkeit (u.a. LEHRKAMP, 1987). 26

27 Material und Methoden 3. Material und Methoden 3.1 Das Untersuchungsgebiet Das Bollwintal liegt ca. 60 km nördlich von Berlin im Landkreis Uckermark des Bundeslandes Brandenburg (Abb. 4). Abbildung 4: Übersicht zur Lage des Untersuchungsgebietes (google.de/maps) Das Untersuchungsgebiet (UG) umfasst die vermoorte Niederung des Bollwintales. Es grenzt nördlich an die Ortschaft Gollin und erstreckt sich zwischen dem Bollwinsee und dem Polsensee auf fast 4 km Länge bis an die westlich gelegene Ortschaft Dargersdorf. Dabei erreicht die schmale Rinne eine Breite ca. 100 bis 250 m und eine Gesamtgröße von ca. 85 ha. Im zentralen Bereich wird das Tal von einem Fließ durchzogen, welches im östlichen Bereich auf 1 /3 der Strecke relativ naturnah mäandriert. In westlicher Richtung weitet sich das Tal, das Fließ ist in diesen Bereichen begradigt (s.u.). MÜLLER, 2009 stellte zwischen dem Wasserspiegel des Bollwinsees (49,4 m ü. NN) und dem des Polsensees (47,8 m ü. NN) eine Differenz von 1,6 m fest und damit ein Gefälle in Ost-West Richtung, welches im Ostteil stärker als im westlichen Bereich ausgeprägt ist; zudem zeigt sich ein Gefälle vom Moorrand zum Zentrum. 27

28 Material und Methoden Im Osten wird das UG von steilen Hängen gesäumt die mit Kiefern bestockt sind, im westlichen Bereich schließen sich im Norden meliorierte Weiden an. Im Süden werden die Flächen größtenteils ackerbaulich, zum Teil aber auch forstlich mit überwiegend Kiefernbestockung genutzt. In den Randbereichen finden sich teilweise ältere Erlenbrüche, sowie ausgedehnte Weidengebüsche und Birkenbrüche. Diese haben sich örtlich weit ins Zentrum des UG ausgedehnt (Abb. 5 und 6). Abbildung 5: Blick in Richtung Osten auf das Bollwintal, hinten der Bollwinsee; ca. 2/3 des UG (Foto: Holger Rößling) Abbildung 6: Blick auf den westlichen Teil des UG, rechts der Polsensee und die Ortschaft Dargersdorf; ca. 1/3 des UG (Foto: Holger Rößling) 28

29 Material und Methoden Seit 1990 gehört das UG zum Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin und ist Bestandteil des Naturschutzgebietes Bollwinwiesen/Großer Gollinsee (GBl. DDR 1990, SDr. 1472). Es ist zudem Bestandteil des 906 Hektar großen FFH-Gebietes Bollwinwiesen/Großer Gollinsee und damit Teil des europäischen Schutzgebietsnetzes Natura 2000 (MUGV, 2011). Eine Besonderheit ist der in den 1970er Jahren im Gebiet angesiedelte Elbebiber (Castor fiber albicus), der zum Wasserrückhalt im Gebiet beiträgt Naturräumliche Lage und Geologie Nach SCHOLZ (1962) gehört das UG zum Templin-Werbelliner Seen- und Sandergebiet im Südteil der Mecklenburgischen Seenplatte. Es liegt somit im Ausdehnungsbereich des jüngsten, des weichselkaltzeitlichen Inlandeises. Ungefähr 2 km östlich (bei Ringenwalde) verläuft die Pommersche Eisrandlage von Nordwest nach Südost. Sie markiert die Grenze des Eisvorstoßes. Südwärts schließt sich der Schorfheidesander an. Diese flachwellige (50-70 m ü NN) Sanderlandschaft wurde von den Schmelzwässern des Pommerschen Stadiums weitflächig nach Südwesten hin aufgeschüttet. Besonders im Norden ist sie von zahlreichen glazifluviatilen Abflussrinnen durchzogen (LIEDTKE & MARCINEK, 2002), zu denen auch das Bollwintal gehört. Auf den Hochflächen (Platten) dominieren sandige bis sandig-lehmige Substrate, während in den Niederungen sandige Substrate vorherrschend sind (SCHMIDT, 2002). In Abbildung 7 sind die geologischen Verhältnisse im UG dargestellt. Talsande aus schwach-humosem Sand oder Sand über sandigem Untergrund sind grün dargestellt, während die sandig-lehmigen Substrate des oberen Sandes gelb gekennzeichnet sind. Diese besitzen zum Teil einen schwer durchlässigen Lehmuntergrund oder auch Mergeluntergrund (gelb mit roter Schraffur). Auffällig ist das Auftreten von Wiesenkalken oder Kalkeinlagerungen im Bereich der Rinne (blau schraffierte Flächen). Auch MIDDELSCHULTE (1992) beschreibt im Gebiet des Golliner Sander hochanstehende Kalke, ab einer Tiefe von cm. 29

30 Material und Methoden Abbildung 7: Geologische Karte des UG von 1893 (Legende im Anhang III.1) Genese des Bollwintales Innerhalb der Bollwintal-Rinne bildeten sich nach dem Rückschmelzen des Eises Seen, in denen im Holozän mächtige Kalkmudden 5 über den glazifluviatilen Sanden sedimentierten. Insgesamt handelte es sich dabei um 3 aneinandergereihte Seebecken (SUCCOW, mdl. Mitteilung) Durch MÜLLER (2009) wurden im Zentrum der Niederung teilweise 10 m mächtige Mudden (überwiegend Kalkmudden) erbohrt. Nach 13 m Bohrtiefe konnte dabei das Ausgangssubstrat nicht erreicht werden und auch MIDDELSCHULTE (1992), schloss durch die steil abfallenden Randbereiche auf eine sehr tiefe Rinne. Über den fossilen, subhydrischen Böden (überwiegend Gyttjen) haben sich bei hohem Grundwasserstand Niedermoorböden entwickelt. Die Entwicklung der Torflagen begann mit der zunehmenden Verflachung der Seebecken, so dass schließlich torfbildende Vegetation einwandern konnte. 5 kalkhaltiges limnisches Sediment, welches sich bildet, wenn gelöstes Calciumcarbonat an submerser Vegetation abgelagert wird und diese nach dem Absterben am Seegrund sedimentiert. 30

31 Material und Methoden Die geringmächtige Ausbildung der Torfdecken im zentralen Bereich des Tales, weist darauf hin, dass der See in diesem Bereich erst sehr spät verlandete. Die topografische Karte von 1898 zeigt an dieser Stelle noch offene Wasserflächen (Abb. 8). Abbildung 8: Topographische Karte von 1898, 2947 Gollin, Ausschnitt (greif.uni-greifswald.de/geogreif) Das aus den angrenzenden Hochflächen austretende Grundwasser führte zu einer kontinuierlichen Speisung der Niederung und zur Ausbildung eines Durchströmungsregimes. Kennzeichnend dafür sind die mehr als 2 m mächtigen Radizellen- und Braunmoostorfe geringer bis mäßiger Zersetzung, die sich über Schilfund Schilfseggentorfen ausgebildet haben. Ursache für den vorausgegangenen Grundwasseranstieg können einerseits Veränderungen der klimatischen Verhältnisse im Gebiet, andererseits anthropogen verursachte Veränderungen im Landschaftswasserhaushalt, beispielsweise durch den regionalen Anstieg des Grundwassers in Folge der Öffnung der Waldlandschaften im Mittelalter gewesen sein (DIERSSEN & DIERSSEN, 2001). Nach seiner hydrologischen Genese ist das Bollwintal-Moor dem HGMT Durchströmungsmoor über Verlandungsmoor zuzuordnen. In den Randbereichen finden sich Quellmoorkomplexe (MUGV, 2008). Entsprechend der Vegetation wurden durch MIDDELSCHULTE (1992) Teilbereiche des Bollwintal-Moores als Basen-Zwischenmoor bzw. als Reichmoor charakterisiert. 31

32 Material und Methoden Klima Klimatisch liegt das UG im Bereich des Mecklenburgisch-Brandenburgischen Übergangsklimas. Im Norddeutschen Tiefland macht sich bei weitgehend zonaler Zirkulation eine Änderung der Lufttemperatur und Niederschlagsverhältnisse in dieser Richtung bemerkbar. Abgesehen von regionalen, reliefbedingten Einflüssen, ist daher ein Anstieg der durchschnittlichen Jahrestemperaturschwankungen von West nach Ost zu verzeichnen. Die Zunahme der Mitteltemperaturen erfolgt in den Sommermonaten gleichgerichtet, während die der Wintermonate abnimmt. Desgleichen nimmt der Jahresniederschlagsdurchschnitt nach Osten ab. Dies ist besonders im Winterhalbjahr bemerkbar. In dieser Phase füllen sich die Grundwasservorräte auf, während im Sommer Grundwasserzehrung vorherrschend ist (HENDL, 2002). Es dominieren ganzjährig Westwinde; im Sommer stärker aus nordwestlicher, im Winter vermehrt aus südwestlicher Richtung (SCHOLZ, 1962). Die Jahresniederschläge zeigen einen mittleren Wert für Brandenburg von etwa 600 mm 6, mit einem höheren Anteil der Niederschläge im Sommerhalbjahr. Die mittlere jährliche potentielle Evaporation liegt mit 628 mm über den mittleren jährlichen Niederschlägen. Im Sommerhalbjahr beträgt sie etwa 520 mm und übersteigt damit deutlich die Niederschläge (etwa 340 mm), während im Winterhalbjahr der Niederschlag mit etwa 260 mm die potentielle Evaporation mit etwa 110 mm übersteigt. Die klimatische Wasserbilanz in Brandenburg beträgt aktuell im Mittel -24,5 mm/jahr (GERSTENGARBE et al., 2003). Das UG liegt in einer der regenärmsten Regionen Brandenburgs (u.a. CHMIELEWSKI, 2009). Die Daten der Klimastation Angermünde, ungefähr 30 km östlich vom UG gelegen, zeigen eine durchschnittliche jährliche Niederschlagssumme von 532 mm. Die gemessenen Werte liegen damit deutlich unter dem brandenburgischen Durchschnitt (Abb. 9). 6 Als Berechnungszeitraum für die mittleren Werte dienen die Jahre1951 bis

33 N in mm Material und Methoden T in C 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0-10,0-20,0-30,0-40,0-50,0 Angermünde 56 m J F M A M J J A S O N D N in mm T in C 8,3 C 532 mm N in mm Abbildung 9: Klimadiagramm der Station Angermünde (dargestellte Werte zeigen Monatsmittel der Aufzeichnungen des Deutschen Wetterdienstes von ) Allerdings stellten MAUERSBERGER & MAUERSBERGER (1996) ein Gefälle in östlicher Richtung bezüglich der Niederschlagsjahressumme im Gebiet des Biosphärenreservates Schorfheide-Chorin fest. So wurden für Groß Schönebeck (ca. 20 km südlich des UG) 1994 und 1995, 805 mm bzw. 706 mm jährliche Niederschlagssumme gemessen, während in Kerkow bei Angermünde nur 543 mm bzw. 603 mm jährlicher Niederschlag gemessen wurden. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass das UG durch seine Lage westlich des Höhenzuges der Endmoräne eine höhere Niederschlagsspeisung erfährt, als dies aus den Daten der Klimastation Angermünde hervorgeht. Belastbare Daten müssten jedoch auf einer längeren Messreihe beruhen. Das UG befindet sich in einem Gebiet, welches stark vom Klimawandel betroffen ist und künftig sein wird (MUGV, 2009). Aus diesem Grund sollen im Folgenden die aktuellen Klimaverhältnisse und die Prognosen für Brandenburg insgesamt kurz vorgestellt werden, denn Änderungen von Niederschlag, Globalstrahlung und Lufttemperatur haben einen direkten Einfluss auf die hydrologischen Prozesse und damit auf die regionale Wasserbilanz (GERSTENGARBE et al., 2003). Durch das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), wurde 2003 eine regionale Klimaentwicklungsstudien für das Land Brandenburg durchgeführt, wobei ein 33

34 Material und Methoden mittleres globales Klimaentwicklungsszenario des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) als Grundlage diente (GERSTENGARBE et al. 2003). SCHULTZ-STERNBERG et al. (2010) stellen die Prognosen bis zum Jahr 2055 wie folgt zusammen Zunahme der Jahresmitteltemperaturen zwischen 1,4 C 3 C, Abnahme der Niederschläge zwischen mm, Umverteilung der Niederschläge vom Sommer- zum Winterhalbjahr, Zunahme der potentiellen Evaporation, gleichbleibende reale Evaporation in der Jahressumme, aber Abnahme im Sommer- und Zunahme im Winterhalbjahr. Die Entwicklung der Parameter Lufttemperatur, Niederschlag und potentielle Verdunstung verdeutlicht, dass sich die globale Klimaerwärmung mit oben genannten Auswirkungen bereits regional bemerkbar macht (MUGV, 2009) Hydrologie Bezüglich des Landschaftswasserhaushaltes ist Brandenburg generell, wie weite Teile des pleistozänen norddeutschen Tieflandes, durch einen hohen Feuchtgebiets- und Gewässeranteil bei gleichzeitig geringen Jahresniederschlagssummen gekennzeichnet (u.a. JORDAN & WEDER, 1995). Die eiszeitliche Formung dieses Gebietes ließ zahlreiche oberirdisch abflusslose Rinnen und Becken entstehen und bedingt eine hohe Reliefenergie (MARCINEK, 2002). Die sandigen Böden besitzen ein hohes Versickerungsvermögen und es haben sich mächtige Grundwasserleiter ausgebildet (JORDAN & WEDER, 1995; SCHMIDT, 2002; STACKEBRANDT, 2004). In den letzten Jahrhunderten griff der Mensch vermehrt in dieses Gewässersystem ein. Feuchtgebiete wurden entwässert und vormals oberirdisch abflusslose Gebiete wurden durch Anschluss an die Vorflut erweitert (MARCINEK, 2002; DRIESCHER, 2003). Im Gebiet der Schorfheide beobachtet man in den letzten Jahrzehnten und insbesondere seit den 1980er Jahren ein Rückgang der Abflüsse in den Fließgewässern sowie einen Rückgang der oberflächennahen Grundwasserstände um mehr als 2 m (MUGV, 2009). Eine Studie zur Analyse und Bewertung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächen- und Grundwasser in Abhängigkeit von Landnutzung und Klima zeigte, 34

35 Material und Methoden dass der Ausbau des Gewässersystems und die Forstnutzung bedeutende Ursachen des negativen Grundwassertrends darstellen. Bei einem mittleren Klimaszenario wird es bei gleichbleibender Bewirtschaftung zu einem weiteren Absinken der Grundwasserstände zwischen etwa 1,50 und 2,20 m kommen (GORAL & MÜLLER, 2010). Die verringerte Grundwasserneubildung wird zudem mit einer erhöhten Zehrung in den Niederungsgebieten in Zusammenhang gebracht, welche wiederum durch den Anstieg der Globalstrahlung seit den 1980er Jahren verursacht wird (MUGV, 2009) Hydrologische Verhältnisse im Bollwintal Die Wasserspeisung des Moorkomplexes im Bollwintal erfolgt aus seinem mineralischen Einzugsgebiet und über den Niederschlag. Zu unterscheiden ist zwischen einem oberirdischen Einzugsgebiet und einem unterirdischen Einzugsgebiet. Während das oberirdische Einzugsgebiet das Moor über Oberflächenabfluss sowie Zwischenabfluss speist, liefert das unterirdische Einzugsgebiet Grundwasser. Unterirdische Einzugsgebiete ergeben sich, wenn Grundwasserleiter den Moorkörper berühren. Dabei wird zwischen freien Grundwasserleitern und tieferen artesisch gespannten Grundwasserleitern unterschieden. Durch schwer durchlässige Deckschichten entsteht Druckwasser, welches im Ungleichgewicht mit dem atmosphärischen Druck steht und lokal begrenzt an so genannten mineralischen Fenstern austritt (PÄZOLT, 2005; HÖLTING & COLDEWAY, 2009). Bei der Analyse dieser Grundwasserleiter ergeben sich zumeist ausgedehnte Einzugsgebiete (SUCCOW et al., 2001). Nach den Karten der hydrologischen Kennwerte von 1983 (VEB KOMBINAT GEOLOGISCHE FORSCHUNG UND ERKUNDUNG HALLE), wird das Bollwintal-Moor hauptsächlich aus dem 2. Grundwasserleiter gespeist. Die Bollwintal Rinne schnitt den oberen freien Grundwasserleiter der angrenzenden Hochflächen an, so dass dieser in die Rinne entwässert (sogenannte Schicht- bzw. Überlaufquellen). Nach EDOM (2001 b) und QUAST (2001) ist das Einzugsgebiet anhand der Grundwassergleichen und der Verbreitung des Grundwasserleiters abzugrenzen (vgl. Abb. 10 und 11). 35

36 Material und Methoden Abbildung 10: Karte der Grundwassergleichen im UG von 1983 (Landesamt für Geologie und Bergbau) Abbildung 11: Karte der Verbreitung und Ausbildung des 2. Grundwasserleiters im UG (Landesamt für Geologie und Bergbau) Der 2. Grundwasserleiter ist ein freier Grundwasserleiter mit unterschiedlichen Mächtigkeiten. Während er im östlichen Bereich auf ungefähr der Hälfte der Fläche des UG zwischen 10 und 20 m mächtig ist (vgl. Abb. 11; dunkelgelb), ist er auf der restlichen Fläche zwischen 5 und 10 m mächtig (vgl. Abb. 9; gelb). Die Abdichtung 36

37 Material und Methoden erfolgt überwiegend durch Beckentone (VEB KOMBINAT GEOLOGISCHE FORSCHUNG UND ERKUNDUNG HALLE, 1983). Das natürliche Einzugsgebiet beträgt laut MÜLLER (2009) ca. 400 ha. Nach QUAST (1997 in LANDGRAF, 2000), sind bei Grundwasserneubildungsraten von mm/jahr in brandenburgischen Landschaften Einzugsgebiete der 3 6 fachen Größe für die Entwicklung der Niedermoore von Nöten. Bei einer Größe von ca. 85 ha entspräche dies für das Bollwintal-Moor einer Größe von ha. Dies muss vor dem Hintergrund klimatischer Veränderungen und menschlicher Einflussnahme in der Region betrachtet werden. Neben der Speisung aus dem oberen freien Grundwasserleiter, lässt sich eine Speisung des Bollwintal-Moores aus dem 3. Grundwasserleiter und damit gespannten Verhältnissen vermuten, dies ist jedoch aus den hydrologischen Karten nicht ersichtlich. Diese Annahme ergibt sich aus der relativen Nähe des Bollwintales zur Endmoräne (ca. 2 km). Die glazifluviatil aufgeschütteten Sande sind nahe der Endmoräne meist nur von geringer Mächtigkeit. Dementsprechend geringmächtig ist der freie obere Grundwasserleiter ausgeprägt. Es ist also davon auszugehen, dass die tiefe Rinne des Bollwintales darunter liegende stauende Schichten lokal angeschnitten hat. Diese Annahme wird unterstützt durch das Auftreten von Kalkausfällungen 7 innerhalb der Torfe, die sowohl durch MÜLLER (2009) als auch innerhalb der vorliegenden Arbeit im zentralen und westlichen Bereich des Moorkomplexes vorgefunden wurden. In der Folge ergäbe sich eine als konstant einzustufende Wasserspeisung des Bollwintal- Moores aus einem weit größeren Einzugsgebiet. Neben der Wasserspeisung ist der Abfluss eines Moorgebietes eine wesentliche Größe für die Wasserbilanz. Das Bollwintal entwässert durch seine Lage westlich der Pommerschen Endmoräne, welche die Hauptwasserscheide zwischen Ost- und Nordsee bildet, über die Havel in die Nordsee (MEYNEN, 1962). Das Bollwinfließ leitet das Wasser westwärts über den Polsen- und den Krempsee in den Kuwallsee und erhält dort über den 1745 schiffbar gemachten Templiner Kanal Abfluss zur Havel (DRIESCHER, 2003). In wieweit Abschnitte dieses Systems künstlich angelegt wurden, 7 calciumhydrogencarbonatreiches Grundwasser tritt an die Oberfläche und gibt dabei überschüssiges CO2 an die Atmosphäre ab. Der vormals in Form von Calciumhydrogencarbonat vorliegende gelöste Kalk (im Wesentlichen Calciumcarbonat) fällt aus. 37

38 Material und Methoden konnte nicht geklärt werden. Durch den Wasser und Bodenverband Uckermark- Havel konnte lediglich die regelmäßige Räumung des Vietmannsdorfer Grabens (unterhalb des Polsensees) bis zu Beginn der 1990er Jahre bestätigt werden (LIESKE, mündl. Mitteilung). Vermutet wurde in diesem Zusammenhang, dass die Entwässerung und Sackung der Havelniederung zu einem vermehrten Abfluss aus dem Gebiet des Schorfheidesanders führen würde (MAUERSBERGER, mündl. Mitteilung). Zur Erhöhung des Abflusses aus den Moorbereichen selbst, tragen die Entwässerungsgräben im Gebiet bei, so dass in der Bilanz von einem Ungleichgewicht zwischen Zulauf und Abfluss ausgegangen werden muss Nutzung und Geschichte des Bollwintales Erste Meliorationsversuche im Bollwintal begannen vor dem 2. Weltkrieg. Durch die Anlage von Entwässerungsgräben und den Bau von Faschinen sollte eine großflächige Wiesennutzung ermöglicht werden. Diese extensive Nutzung durch Privatbesitzer sollte in den 1950er Jahren durch eine intensive Bewirtschaftung abgelöst werden. Hierzu wurde versucht das Bollwintal, durch die Anlage zahlreicher Drainagegräben, weiter zu entwässern (MIDDELSCHULTE, 1992). Besonders im östlichen Bereich des Tales finden sich zahlreiche kleinere Entwässerungsgräben, was auf einen anhaltenden Grundwasserstrom und damit auf eine erschwerte Entwässerung deutet. Diese Annahme wird durch das Vorhandensein sogenannter Fanggräben (quer zur Fließrichtung angelegte Gräben), bestätigt (vgl. Abb. 12). 38

39 Material und Methoden Abbildung 12: Entwässerungsgräben im UG (NaturSchutzFond BRB) Im Ostteil findet sich zudem großflächig eine Sanddeckkultur, die aufgebracht wurde um die Standfestigkeit des Moores zu erhöhen. Dieser in diesem Bereich zwischen 10 und 20 cm mächtige, aus grob- bis mittelkörnigem Sand, sowie Ziegelbruchstücken aufgebaute Horizont, zeigt eine geringe Sortierung des Materials. Im westlichen Bereich befindet sich am Südrand eine Abgrabungsstelle, aus der das Substrat vermutlich stammt. Die im zentralen Bereich abgelagerten Sande können durch erodiertes Material von den Hangkanten im Moor entstanden sein, wie dies MIDDELSCHULTE (1992) beschreibt. Sie sind deutlich geringmächtiger und es fehlt Fremdmaterial. Die Verbreitung sandüberlagerter Niedermoorböden im UG ist nachfolgend dargestellt (Abb. 13). 39

40 Material und Methoden Abbildung 13: Verbreitung sandüberlagerter Niedermoorböden im Bollwintal (NaturSchutzFond BRB) Insgesamt machten die Unzugänglichkeit des Gebietes, der Wasserrückstau des Polsensees, sowie der ständige Zufluss aus Quellen eine intensive Nutzung in allen Teilen so beschwerlich, dass von weiteren Meliorationsmaßnahmen abgesehen wurde. Eine Mahd fand bis in die 1990er Jahre noch auf wenigen Flächen in Ortsnähe durch private Besitzer, aber auch aus Naturschutzgründen durch das Umweltamt Templin statt (MIDDELSCHULTE, 1992). Heute sind die meisten Flächen brach gefallen. Lediglich auf der südlich des Bollwinsees vorgelagerten Fläche findet noch Mahd statt. Neben den Eingriffen innerhalb des Moorkomplexes, fanden Veränderungen im Einzugsgebiet des Bollwintales statt, die ebenfalls Auswirkungen auf das Moorgebiet hatten bzw. haben. So diente laut MIDDELSCHULTE, 1992 das Bollwinfließ bereits seit mindestens 1826 als Vorfluter für das nordwestlich angrenzende, dränierte Feuchtgebiet der Albrechtstaler Wiesen (vgl. Abb. 12). 40

41 Material und Methoden Auch die südlich des Bollwintales, inmitten einer Moorsenke, gelegenen Seen Gihrsee und kleiner Holzsee, wurden bereits 1826 mittels eines Verbindungsgrabens und Durchstiches zum Bollwintal hin entwässert (MAUERSBERGER & MAUERSBERGER, 1996). In den 1970er Jahren wurde zudem das dem Bollwinsee östlich vorgelagerte Niedermoorgebiet Twelbruch für jagdwirtschaftliche Zwecke entwässert. Zur Ableitung des anfallenden Wassers wurde unter die heutige Bundesstraße 109 ein Entwässerungsrohr gelegt und die Wasserscheide in Richtung Bollwintal durchbrochen. Die aus den Torfen des Twelbruches freigesetzten Nährstoffe gelangten in den Bollwinsee, der vormals den Beginn des Bollwinfließes markierte (MAUERSBERGER & MAUERSBERGER, 1996) erfolgte der dauerhafte Verschluss dieses Entwässerungsrohres (KOCH, 2003). 41

42 Material und Methoden 3.2 Untersuchungsmethodik Geländemethoden Bodenkundliche Ansprache und Probenentnahme Die Geländearbeiten sowie die Probenentnahme der Torfe erfolgten im Juni/Juli 2010 sowie im Oktober und Dezember Für die Profilansprache wurden insgesamt 40 Bohrungen entlang von 10 Transekten angelegt, die Profilbeschriebe sind im Anhang IV beigefügt-. Bohrungen wurden annähernd fließparallel vom Moorrand zum Zentrum angelegt. Wegen der erschwerten Zugänglichkeit durch teils dichten Baum- und Strauchbewuchs, aber auch durch Wasserüberstau gelang dies nicht immer. Zudem konnte der westliche Teil des UG, im Bereich des ehemaligen Flachsees, wegen zu geringer Tragfähigkeit des Untergrundes nicht abgebohrt und beprobt werden. Der Zielstellung der Arbeit folgend, das Ausmaß der anthropogen bedingten Veränderungen im Moorboden möglichst flächendeckend festzustellen, wurde der Moorkörper nicht bis zum Ausgangssubstrat abgebohrt. Bohrungen erfolgten im Wechsel bis zur unteren Mudde und in eine Tiefe von ungefähr 2 m. Die Ansprache im Gelände erfolgte nach Vorgaben der aktuellen Ausgabe der bodenkundlichen Kartieranleitung (AG BODEN, 2005) mittels einer Moorklappsonde. Bei der Ermittlung von Bodenkennwerten für Moorböden sind sowohl die verschiedenen Torfsubstrate 8 als auch die Horizonte 9, sowie deren Mächtigkeiten von Bedeutung. Bei der Geländeansprache wurden daher sowohl Torfsubstrate als auch Moorbodenhorizonte charakterisiert. Dabei sind die auf entwässerten Mooren stattfindenden Bodenprozesse Ursache für die Ausbildung anthropogen bedingter Moorbodenhorizonte (Zeitz & STEGMANN, 2001). Für die chemischen und physikalischen Veränderungen im Torfkörper ist der Humifizierungsgrad ein wesentlicher Parameter. Er beschreibt das Ausmaß der primären Zersetzung der torfbildenden Pflanzenteile. Die Ansprache des Humifizierungsgrades erfolgte im Gelände mittels der Handquetschmethode nach VON POST (AG BODEN, 2005). Dafür wird ein etwa hühnereigroßes Stück grubenfrischer 8 Ansprache der erkennbaren Pflanzenreste (z.b.: Radizellen, Braunmoose, Schilf) 9 Ansprache nach Merkmalen der Pedogenese (z.b.: Hr = organischer Horizont im wassergesättigten Bereich (vgl. auch Abkürzungen im Anhang I.1) 42

43 Material und Methoden Torf entnommen und in der Hand gepresst. Die Farbe des dabei austretenden Wassers, die Menge des zwischen den Fingern durchgehenden Torfes sowie die Pflanzenstrukturen im Torf werden bewertet und einer 10-stufigen Skala zugeordnet; 1 für gering und 10 für stark zersetzt (vgl. Anhang I.3). Zusätzlich wurden im Gelände folgende Parameter ermittelt Karbonatgehalt (mittels 10% HCl), bestimmbare Beimengungen innerhalb der Substrate, ph-wert an den Entnahmestellen der Bodenproben und stichprobenartig, jeweils in den oberen 10 cm und in cm Tiefe im östlichen, zentralen und westlichen Bereich des UG (mittels soil PH Meter PH 20s), Grundwasserstand am Tag der Aufnahme Aggregieren von Horizont- und Substratangaben Zur Ermöglichung von flächenrepräsentativen Aussagen, mussten die am Punkt gewonnenen Erkenntnisse in die Fläche übertragen werden. Hierzu wurde das Konzept der Horizont-Substrat-Kombination (HSK) angewandt. Das Konzept der HSK geht auf VETTERLEIN (1986) zurück und basiert auf der Annahme, dass wesentliche Einflussgrößen für bodenphysikalische und auch chemische Eigenschaften durch Substrat sowie Horizontmerkmale bestimmt sind und sich deshalb vergleichbare chemische und physikalische Eigenschaften für das Material ableiten lassen (FELDHAUS et al., 2006). Die HSK ergeben sich durch die Verknüpfung von Horizont- und Substratangaben (Tab. 4). Dies ermöglicht eine Transferierung von Bodeneigenschaften vom Punkt in die Fläche (ZEITZ, 1992; BAURIEGEL, 2004; ZEITZ et al., 2005). 43

44 Material und Methoden Tabelle 4: Aggregieren von Horizont- und Substratangaben (nach ZEITZ et al., 2005, S. 42; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2) Nach ZEITZ et al. (2005), darf das Aggregieren und Homogenisieren keine Veränderung der Inhalte der Profilbeschriebe zur Folge haben. Merkmalsbestimmende Substrate und Horizonte sind in jedem Fall zu erhalten. In der vorliegenden Arbeit wurden Mischtorfe zu Gunsten des Haupttorfbildners zusammengefasst sowie Beimengungen außer Acht gelassen. Da der Humifizierungsgrad eine wesentliche Rolle für die hydrologischen und chemischen Eigenschaften des Torfes spielt, wurden die HSK dementsprechend differenziert. Zur Vereinfachung wurden die zehnstufigen Humifizierungsgrade nach VON POST in einer dreistufigen Skala nach SUCCOW (2001) wie folgt zusammengefasst 10 : Z1 entspricht H1 H4 (nach VON POST) Z2 entspricht H5 H7 (nach VON POST) Z3 entspricht H8 H10 (nach VON POST) Insgesamt ergaben sich daraus für das UG die in Tabelle 5 aufgelisteten 17 HSK 10 Nach AG BODEN (2005) können die Humifizierungsgrade auch in 5 Stufen wie folgt zusammengefasst werden: Z1 = H1-H2, Z2 = H3-H4, Z3 = H5-H6, Z4 = H7-H8, Z5 = H9-H10 44

45 Material und Methoden Tabelle 5: Horizont-Substrat-Kombinationen nach Zersetzungsstufen im UG Zersetzungsstufe 1 Zersetzungsstufe 2 Zersetzungsstufe 3 nhv:ha nhv:hnr nhv:hnr nha:ha nht:hnr nhw:ha nhw:hnr nhw:hnr nhr:ha nhr:hnr nhr:hnr nhr:hnr nhr:hnle nhr:hnb nhr:hnb nhr:hnp nhr:hnp Neben diesen HSK mit organischen Substraten, wurde eine HSK mit mineralischem Substrat, welche lokal im Oberboden vorgefunden wurde, untersucht. Diese Schicht wurde überwiegend als anthropogen umgelagertes Natursubstrat aus mittel- bis grobkörnigem Sand charakterisiert (s.o.). Dieser Mineralbodenhorizont zeigt Merkmale reduzierender und oxidierender Verhältnisse und ist sekundär mit Humusstoffen angereichert. Aus den Horizont- und Substratangaben ergab sich die HSK jghro:msgs. Alle im oberen Bereich des Moores relevanten HSK wurden bodenkundlich und chemisch untersucht. Die Entnahme von Volumenproben erfolgte mit 100 cm 3 Stechzylinder aus dafür angelegten Bodengruben. Je Bodenhorizont wurden zehn Stechzylinderproben horizontal entnommen. In einigen Fällen konnten, wegen flurnaher Grundwasserstände, aus tieferen Moorbereichen keine Stechzylinderproben entnommen werden, ebenso in sehr geringmächtigen Horizonten (unter 8 cm), da eine sichere Entnahme ausschließlich aus nur einem Horizont in diesem Fall nicht gewährleistet werden konnte. Der zeitliche Rahmen dieser Arbeit ließ nicht die eigene Beprobung und Auswertung aller relevanten HSK zu. Die Werte für die entsprechenden HSK stammen von ROSSKOPF (2009/2010, unveröffentl.). Für die chemische Analyse wurden weitere, volumetrisch nicht bestimmte Bodenproben aus der Moorklappsonde entnommen. Zur Unterbindung von 45

46 Material und Methoden Umsetzungsprozessen in den Torfen, wurden die Proben bis zu ihrer labortechnischen Untersuchung im Kühlraum gelagert. Einen Überblick über die beprobten HSK, sowie Art und Ort der Probenentnahme ist nachfolgend dargestellt (Tab. 6). Tabelle 6: Dominante HSK im UG, Art und Ort der Probenentnahme (E = eigene Messungen, HU = Daten der HU Datenbank [ROSSKOPF, 2009/2010]; blau gekennzeichnet, SZ = Stechzylinderproben, BP = Bodenproben für chemische Analysen, BL = kf Bestimmung mittels Bohrlochmethode) HSK Z Art der Beprobung Datengrundlage/Ort der Entnahme jghro:msgs SZ, BP E, T2N4 nhv:ha 3 SZ, BP E, T8N2 nhw:ha 3 SZ, BP E, T8N2 nhv:hnr 2 SZ, BP HU nhv:hnr 3 SZ, BP E, T2N4 nhw:hnr 1 SZ, BP HU nhw:hnr 2 SZ, BP, BL E, T8N5 nhr:hnr 1 SZ, BP E, T8N5 nhr:hnr 2 SZ, BP E, T6N1 nhr:hnr 3 SZ, BP HU nhr:hnb 1 SZ, BP, BL E, T9N1 nhr:hnb 2 SZ, BP HU nhr:hnp 2 BP E, T9N Bestimmung der gesättigten Wasserleitfähigkeit Die Messungen der Wasserleitfähigkeit im wassergesättigten Zustand müssen bei unveränderter Struktur des Bodens durchgeführt werden. Dafür gibt es zwei grundsätzliche Methoden Freilandmethoden, Labormethoden an ungestörten Stechzylinderproben. Innerhalb dieser Arbeit kam hauptsächlich die Labormethode an ungestörten Stechzylinderproben zur Anwendung (ausführlich dazu Kapitel ). Zusätzlich wurde für zwei HSK (vgl. Tab. 6) die gesättigte Wasserleitfähigkeit im Gelände mittels der Bohrlochmethode bestimmt. Ein Vergleich der ermittelten Werte soll Aufschluss über eventuelle Abweichungen geben und stellt somit eine Kontrolle 46

47 Material und Methoden der in beiden Verfahren gewonnenen Werte dar. Anschließend werden die Werte mit Literaturwerten verglichen. Im Folgenden wird die Bohrlochmethode nach HOOGHOUDT und ERNST 11 vorgestellt. Die Labormethode wird in Abschnitt erläutert. Das Prinzip der Bohrlochmethode beruht auf der Messung des Wiederanstiegs des Grundwasserspiegels in einem abgepumpten Bohrloch bei definierten Bedingungen. Das Bohrloch wird unter möglichst geringer Störung bis unter den Grundwasserspiegel in den Boden gebracht. Nach Einstellung des Ruhewasserspiegels muss die Höhe der Wassersäule im Brunnen H, der Radius r des Bohrlochs und die Strecke s zwischen der Bohrlochsohle und der undurchlässigen Schicht bestimmt werden (vgl. Abb. 14). Anschließend wird Wasser aus dem Bohrloch abgepumpt und die Rate des Anstiegs des Wasserspiegels im Bohrloch mit Hilfe eines Schwimmers gemessen (Rate Δh/Δt; wobei eine der Größen konstant gehalten wird). Mittels Nomogramm (Anhang III.2), kann die gesättigte Leitfähigkeit des umgebenden Bodens bestimmt werden (EGGELSMANN, 1981 a). Abbildung 14: Bohrlochmethode (nach EGGELSMANN, 1981 a, S. 59) Bei der Durchführung der Bohrlochmethode ist zu beachten, dass der Zufluss des Wassers in das Bohrloch kein zeitlich konstanter Prozess ist, da der hydraulische Gradient im Bohrloch abnimmt (in der Literatur durch das Anfangs-Randwertproblem beschrieben). Messungen sollten daher nur in dem anfänglich nahezu linearen 11 DIN

48 Material und Methoden zeitlichen Anstieg der Wassersäule erfolgen. Nach EGGELSMANN (1981 a) sollten mindestens 4 (6) Einzelmessungen Δh/Δt durchgeführt werden. Es wurden jeweils 2 Durchgänge gemessen, wobei Δh konstant auf 2 cm gehalten wurde (Berechnung Δh/Δt). Bei wiederholter Messung im gleichen Bohrloch sind Abweichungen bis 10% normal (EGGELSMANN, 1981 a) Labortechnische Untersuchungen Für die bodenphysikalisch-hydrologische Bewertung sowie zur chemischen Kennzeichnung der Torfsubstrate wurden im Labor der Humboldt-Universität zu Berlin folgende Parameter gemessen: gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf in cm/d), Trockensubstanz (mg/100g TS), Trockenrohdichte (g/cm 3 ), Substanzvolumen (Vol.-%) und Gesamtporenvolumen (Vol.-%), Gesamt Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt (%/TS) Bestimmung der gesättigten Wasserleitfähigkeit im Labor Im Labor erfolgte die Bestimmung der gesättigten Wasserleitfähigkeit nach HARTGE mittels eines Haubenpermeameters an 100 cm 3 Stechzylindern Abbildung 15: Hauben-Permeameter nach HARTGE 48

49 Material und Methoden Es wurden jeweils 10 Wiederholungen je beprobter HSK gemessen. Die Messzeit wurde dabei konstant auf 3 Minuten gehalten. Die Temperatur des Wasserbades betrug zwischen C. In Abhängigkeit eines einstellbaren hydraulischen Gefälles wird der mit Boden gefüllte Stechzylinder von Wasser durchströmt. Die durch die Probe perkolierte Wassermenge wird mittels einer Waage erfasst. Über das Darcy-Gesetz wird anhand des wirksamen Druckgefälles und der pro Zeiteinheit perkolierten Wassermenge die hydraulische Leitfähigkeit kf berechnet Bestimmung der Trockensubstanz, Trockenrohdichte Da sich die Konzentration eines Elements bezogen auf die Feuchtmasse einer Torfprobe nicht vergleichen lässt, wurden die Untersuchungsergebnisse auf die Trockensubstanz (TS) der Torfe bezogen (in mg pro 100g TS). Hierzu wurde die feuchte Probe nach dem Wiegen bei einer Temperatur von 105 C bis zur Massenkonstanz getrocknet 12. Nach Rückwaage der Proben konnte die Trockensubstanz berechnet werden. Die Bestimmung der Trockenrohdichte 13 (TRD) erfolgte mittels der im Gelände entnommenen Stechzylinderproben. Nach Trocknung bei 105 C (vgl. Bestimmung der Trockensubstanz) und Abkühlung im Exsikkator wurden diese gewogen und die Trockenrohdichte in g/cm 3 berechnet Substanzvolumen und Gesamtporenvolumen Das Substanzvolumen (SV) ist der Anteil an mineralischer und organischer Substanz eines bestimmten Bodenvolumens, das Gesamtporenvolumen (GPV) ist der entsprechende Anteil an Hohlräumen. Dieser kann mit Wasser oder Luft gefüllt sein. In ihm spielen sich alle Wasserbewegungen und Belüftungsvorgänge ab (HARTGE & HORN, 2009). Zur Bestimmung des Substanzvolumens wurden die 100 cm 3 Stechzylinder mit Wasser aufgesättigt und gewogen. Nach Trocknung bei 105 C (vgl. Bestimmung der Trockensubstanz) und Abkühlung im Exsikkator wurden sie erneut gewogen und über den Gewichtsverlust das Substanzvolumen bzw. das Gesamtporenvolumen in Vol.-% berechnet. Das Gesamtporenvolumen kann nach HARTEG & HORN (2009) ebenfalls mit 12 DIN , 1985, DIN EN , DIN ISO

50 Material und Methoden Hilfe eines Pyknometers bestimmt werden, auf Grund fehlender Apparatur wurde diese Methode in der vorliegenden Arbeit nicht angewandt Kohlenstoff-, Stickstoff- Gesamtgehalte Zur Ermittlung der Gesamtgehalte an Kohlenstoff (Ct) und Stickstoff (Nt) wurden gemahlene Torfproben mit dem Elementaranalysator vario MAX CNS der Firma Elementar analysiert. Das Gerät arbeitet nach dem genormten Prinzip der katalytischen Rohrverbrennung unter Sauerstoffzufuhr bei hohen Temperaturen und misst sowohl die organischen als auch die anorganischen Gehalte der jeweiligen Elemente. Die Messung erfolgt durch einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor. Die Untersuchungen erfolgten jeweils in Doppelbestimmung. Aus dem Verhältnis des organischen Kohlenstoffgehaltes zum Gesamtstickstoffgehaltes wurde anschließend das C/N Verhältnis berechnet Darstellung und Auswertung Die Verwaltung der Daten sowie die statistische Auswertung erfolgte mit dem Programm Excel der Firma Microsoft. Die Karten wurden mit Hilfe von ARC GIS 9.3 erstellt. Die Georeferenzierung erfolgte mit dem Programm WGEO. Die Visualisierung der Bodenprofile wurde mit den Programmen Briscad und GeoResolveKMR durchgeführt, die Signatur der Substrate erfolgt nach DIN

51 Ergebnisse 4. Ergebnisse 4.1 Bodenkundlich-hydrologische Befunde des Torfsubstrates Stratigraphie und Moorbodentypen Nachfolgend ist die Stratigraphie der entlang der 10 Transekte untersuchten Bodenprofile dargestellt und beschrieben. Das UG wird dabei in einen östlichen (Abb. 16), einen zentralen (Abb. 21) und einen westlichen Bereich (Abb. 26) untergliedert; das südlich dem Bollwinsee vorgelagerte Becken, ist durch Transekt 1 beschrieben (Abb. 16). Die Beschreibung der Profile innerhalb der einzelnen Transekte erfolgt jeweils zuerst für den nördlichen Bereich (die Grenze stellt das Fließ dar), dann für den südlichen Bereich, jeweils vom Moorrand zum Zentrum. Die dargestellten Profile folgen jeweils im Anschluss an die Beschreibung (Abb. 17, 18, 19, 20; 22, 23, 24, 25 und 27, 28). In der Zusammenfassung finden sich ergänzende Hinweise zu jedem Bereich. Abbildung 16: Lage der Bohrpunkte im östlichen Teil des UG 51

52 Ergebnisse Transekt 1, welches im südöstlich des Bollwinsees vorgelagerten Beckens angelegt wurde, zeigt innerhalb der Profile in den Randbereichen hochzersetzte Torfe deren Struktur nicht erkennbar ist (amorphe Torfe) bzw. hochzersetzte Erlenbruchwaldtorfe bis in Tiefen von 1,20 m. In den oberen 10 cm sind diese jeweils vererdet. Darauf folgt das anstehende mineralische Material. Im zentralen Profil reichen die hochzersetzten Erlenbruchwaldtorfe bis in Tiefen über 4 m hinab, im unteren Bereich des Profils mischen sich Radizellentorfe hoher Zersetzung hinzu. Der Grundwasserstand innerhalb des Transektes lag zum Zeitpunkt der Aufnahme (Juli, 2010) in allen Profilen bei ca 20 cm unter Flur. Transekt 2 befindet sich unmittelbar westlich im Anschluss an den Bollwinsee, im östlichen Bereich des Tales. Im Nordteil finden sich im Randprofil Torfe mit amorpher Grundmasse bis in eine Tiefe von 20 cm, im zentralen Profil bis in eine Tiefe von 10 cm, die oberen 10 cm sind jeweils vererdet. Darauf folgt eine Schicht von 10 bzw. 20 cm aus humosem, mittel- bis grobkörnigem Sand. Diesem schließen sich Braunmoos-, Radizellen bzw. Braunmoos-Radizellenmischtorfe geringer bis mäßiger Zersetzung an. Im Randprofil finden sich ab einer Tiefe von 1 m hochzersetzte amorphe Torfe, während im zentralen Profil ab einer Tiefe von 1,20 m mäßig zersetzte Schilftorfe anstehen. Im südlichen Bereich ist am Moorrand ein vererdeter, hoch zersetzter Radizellentorf von 10 cm im Oberboden ausgebildet, an diesen schließen sich 15 cm humoser, mittel- bis grobkörniger Sand an. Darauf folgen gering zersetzte Braunmoos- bzw. Radizellentorfe bis in eine Tiefe von 2 m, worauf sich mäßig zersetzte Schilf- Radizellentorfe anschließen. Im zentralen Profil finden sich gering bis mäßig zersetzte Radizellentorfe bzw. Radizellen-Braunmoosmischtorfe im gesamten Profil. Ab einer Tiefe von 1,50 m beginnt eine Kalkmudde, die von einer Detritusmudde unterlagert ist. Der Grundwasserstand lag zum Zeitpunkt der Aufnahme (Juli, 2010) im nördlichen Bereich 20 cm unter Flur und im südlichen Bereich 25 bzw. 5 cm unter Flur. Transekt 3 schließt sich westlich an Transekt 2 an und befindet sich ebenfalls im östlichen Bereich des Bollwintales. Am nördlichen Rand finden sich in den oberen 20 cm vererdeter, hochzersetzter Radizellentorf, an den sich ca. 8 cm humoser mittelbis grobkörniger Sand anschließt. Dem folgen gering bis mäßig zersetzte Radizellenbzw. Radizellen-Braunmoosmischtorfe bis in eine Tiefe von 1,90 m. Daran schließt sich 52

53 Ergebnisse Kalkmudde an. Diese findet sich auch als Band zwischen dem Radizellen- und Radizellen-Braunmoosmischtorf wieder. Im zentralen Profil des Nordbereiches wurden ausschließlich limnische Sedimente erbohrt. Im unteren Bereich wurden diese als Kalkmudde, in den oberen 50 cm als Detritusmudde identifiziert. Im südlichen Bereich wurde in allen 3 Profilen ein vererdeter, hoch zersetzter Oberbodenhorizont erbohrt, der am Moorrand 20 cm mächtig ist und in den zentralen Profilen bis in eine Tiefe von 10 cm reicht. Im zentralen Profil schließt sich ein Band aus humosem mittel- bis grobkörnigem Sand an, welches in den anderen Profilen fehlt. Darauf folgen in allen Profilen gering bis mäßig zersetzte Braunmoos-, Radizellen- bzw. Radizellen- Braunmoosmischtorfe in Tiefen zwischen 2,00 3,00 m. Am Rand schließen sich hoch zersetzte Radizellentorfe, in den zentralen Profilen Kalkmudden an. Der Grundwasserstand betrug zum Zeitpunkt der Aufnahme im Norden 25 cm unter Flur am Moorrand und 10 cm über Flur im Zentrum. Im südlichen Bereich betrug der Grundwasserstand in den zentralen Profilen - 5 cm und am Moorrand 20 cm (Juli, 2010). Im Transekt 4 stehen am nördliche Moorrand vererdeter Torf bis 15 cm Tiefe im Oberboden an, darauf folgt eine humoser mittel- bis grobkörniger Sand, der im zentralen Profil bis an die Oberfläche ansteht und 10 bzw. 20 cm mächtig ist. Darauf folgen am Rand gering bis mäßig zersetzte Braunmoos- bzw. Radizellentorfe, woran sich ab 1,10 m höher zersetzte Schilftorfe anschließen. Im Zentrum befindet sich unter einem amorphen Torf von 30 cm schließlich ein mäßig zersetzter Radizellentorf. Daran schließt sich ein humoser Sand von 10 cm Mächtigkeit an, gefolgt von höher zersetztem Radizellentorf und Kalkmudde. Im südlichen Bereich findet sich am Moorrand wiederum vererdeter Radizellentorf hoher Zersetzung im oberen Bereich (15 cm) an den sich ein Sandband von 2 cm Mächtigkeit anschließt. Es folgen mäßig zersetzte Radizellen-Braunmoos- und Radizellentorfe-Schilfmischtorfe. Im zentralen Profil stehen gering zersetzte Radizellentorfe oberflächig an, es folgen gering zersetzte Radizellen-Braunmoosmischtorfe, die von Kalkmuddebändern durchzogen und ab einer Tiefe von 1,60 m unterlagert sind. Die Grundwasserstände betragen vom Moorrand zum Zentrum im nördlichen Bereich 20 bzw. -5 cm. Im südlichen Bereich befand sich der Grundwasserstand 15 cm unter bzw. in Flur (Juli, 2010). 53

54 Transekt 1 N S Abbildung 17: Bodenprofile im Transekt 1 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 54

55 Transekt 2 N S Abbildung 18: Bodenprofile im Transekt 2 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 55

56 Transekt 3 N S Abbildung 19: Bodenprofile im Transekt 3 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 56

57 Transekt 4 N S Abbildung 20: Bodenprofile im Transekt 4 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 57

58 Ergebnisse Zusammenfassung östlicher Bereich des Bollwintales Die Grundwasserstände lagen zum Zeitpunkt der Aufnahme an den Moorrändern deutlich tiefer als in den zentralen Bereichen, befanden sich jedoch nicht unter 30 cm unter Flur. In den zentralen Bereichen lagen die Grundwasserstände gering unter, über oder in Flur. In nahezu allen Profilen findet sich ein vererdeter Oberbodenhorizont, lediglich in den fließnahen Bereichen findet sich mäßig bis gering zersetzter Torf in den oberen Bereichen. Beim Aufbau der Torfe dominieren gering bis mäßig zersetzte Radizellen-, Braunmoos- und Braunmoos-Radizellentorfe. Der Radizellentorf ist häufig mit Braunmoosen durchsetzt und umgekehrt. Reste von Equisetum spec., sowie Samen von Menyanthes trifoliata wurden regelmäßig gefunden. Die Niedermoorböden sind in diesem Bereich häufig von einer 10 und 20 cm mächtigen Sandschicht überlagert. Lediglich in den zentral erbohrten Profilen fehlt diese. Die Torfe sind zumeist zwischen 2,00-3,50 m mächtig und zumindest in den zentralen Profilen generell Mudde unterlagert. Dabei handelt es sich um Kalkmudde. Zwischengelagerte oder oberflächig anstehende Muddeschichten bestehen zum Teil aus Detritusmudde. An den Moorrändern sind die Torfe oftmals bis in tiefere Bereiche höher zersetzt. Die unteren Torflagen werden häufig von Schilf- oder Schilfseggentorfen gebildet. Besonders am südlichen Rand des Moores sind Holzbeimengungen von Erle, Weide und zum Teil Kiefer zu finden. Die Vegetation setzt sich in den Randbereichen meist aus einer Schilf-Brennnessel Flur zusammen, dazwischen vermittelt eine Hochstaudenflur zu Schilfröhrichten bzw. Großseggenrieden in den zentralen Bereichen. Weidengebüsche treten randlich auf, reichen stellenweise auch bis ins Zentrum. Insgesamt sind sie flächenmäßig in diesem Bereich in eher geringem Umfang zu finden. Zahlreiche kleine Entwässerungsgräben durchziehen besonders im nördlichen Teil diesen Bereich. Diese sind in großer Anzahl bereits verlandet (Carex paniculata), zeigen aber zum Teil noch erhebliches Fließgeschehen. Häufig sind Eisen(III)Hydroxid - Ausfällungen zu sehen. Im südlich vorgelagerten Becken durchzieht ein rasch fließender Graben den Bereich in Richtung Bollwinsee. 58

59 Ergebnisse Abbildung 21: Lage der Bohrpunkte im zentralen Bereich des UG Transekt 5 zu Beginn des zentralen Bereiches des Bollwintales gelegen, zeigt im nördlichen Randprofil einen 15 cm mächtigen vererdeten Oberboden aus amorphem Torf, dem sich ein Torfschrumpfungshorizont von 20 cm Mächtigkeit anschließt. Danach folgen mäßig bis höher zersetzte Radizellen- bzw. Radizellen- Schilfmischtorfe. Im zentralen Profil sind an der Oberfläche bis in eine Tiefe von 75 cm gering zersetzte Radizellentorfe ausgebildet an die sich eine Detritus- und im Verlauf eine Kalkmudde anschließt. Im südlichen Bereich ist der Oberboden 15 bzw. 10 cm tief vererdet und besteht aus amorphem Torf. Im Randprofil schließt sich ein Sandband von 5 cm an. Es folgen gering zersetzte Torfe aus Braunmoos- bzw. Radizellen-Braunmoosmischtorfen. Daran schließen sich im Randprofil hoch zersetzte Schilf-Radizellenmischtorfe an, im Zentrum höher bis hoch zersetzte Radizellentorfe. In einer Tiefe von 2,20 m findet sich ein 5 cm dickes Sandband worauf wiederum Torf folgt. Die Grundwasserstände lagen im Juli 2010 im Randbereich des Nordteils sehr tief und waren innerhalb der Aufnahme nicht genau feststellbar. Im Zentrum lagen sie 5 cm im südlichen Bereich 15 cm unter Flur. 59

60 Ergebnisse Im Transekt 6 besteht der Oberboden im Nordteil aus einem 20 bzw. 5 cm mächtigem vererdetem Horizont. Am Moorrand schließt sich ein 40 cm mächtiger aggregierter Horizont an, dem Radizellentorfe mittlerer bis hoher Zersetzung folgen. Ab einer Tiefe von 3,40 m finden sich Erlenbruchwaldtorfe hoher Zersetzung. Im zentralen Profil folgen dem vererdetem Oberboden gering bis mäßig zersetzte Radizellentorfe bis in eine Tiefe von 3,40 m, es schließt sich Kalkmudde an. Im südlichen Bereich besteht der Oberboden aus vererdetem Torf. Dieser ist am Moorrand 20 cm mächtig, in den zentralen Profilen jeweils 5 cm. Am Rand schließt ein 10 cm dickes Sandband an, auf das gering zersetzte Braunmoos-, Radizellenbzw. Radizellen-Braunmoosmischtorfe bis in eine Tiefe von 2,80 m folgen. Die unteren 50 cm werden von höher zersetztem Schilftorf gebildet. Darauf folgt Detritusmudde bis 3,20 m. In den zentralen Profilen folgen dem vererdetem Oberboden gering bzw. mäßig zersetzte Radizellentorfe mit einer Mächtigkeit von 55 bzw. 35 cm über Detritus- bzw. Kalkmudde. Diese ist im zentralsten Bereich von einem mäßig bis gering zersetzten Braunmoos- bzw. Radizellen-Braunmoostorf bis in eine Tiefe von 3,40 m unterlagert, ansonsten wird sie von einer Kalkmudde abgelöst. Die Grundwasserstände lagen im Nordteil bei 50 bzw. 20 cm unter Flur. Im südlichen Bereich betragen sie vom Moorrand zum Zentrum -20 bzw. +10 cm (Juli, 2010). In Transekt 7 finden sich am nördlichen Moorrand vererdete amorphe Torfe im Oberboden (15 cm), gefolgt von gering zersetzten Braunmoos- bzw. Radizellentorfen bis über 2,50 m Tiefe. Im südlichen Bereich ist der oberflächig anstehende Torf bis in eine Tiefe von 15 bzw. 10 cm vererdet und amorph. Am Rand folgt ein schmales 5 cm breites Sandband. Es folgen gering zersetzte Braunmoostorfe, die im Zentrum von einer Kalkmuddeschicht und einem Band aus gering zersetztem Radizellentorf unterbrochen sind. Am Rand folgen ab einer Tiefe von ca. 2 m Radizellen- Schilfmischtorfe, im Zentrum Radizellen-Braunmoosmischtorfe. Die Grundwasserstände lagen im Norden 40 cm, im Südteil 20 bzw. 5 cm unter Flur (Juli, 2010). Am Nordrand in Transekt 8 findet sich ein 30 cm mächtiger vererdeter, amorpher Torf über dem anstehenden mineralischen Material (Sand). Im etwas zentraleren Profil reicht der amorphe Torf bis in eine Tiefe von 80 cm, es folgt das Ausgangssubstrat. Im zentralen Profil folgen auf 20 cm vererdetem, amorphem Torf mäßig zersetzte Radizellentorfe denen eine Kalkmudde von fast 1 m untergelagert ist. Es schließen 60

61 Ergebnisse sich gering zersetzte Braunmoostorfe und mäßig zersetzte Radizellentorfe an. Ab 2,70 m findet sich Kalkmudde im Profil. Im südlichen Bereich findet sich am Moorrand vererdeter bzw. hochzersetzter Radizellentorf von 50 cm Mächtigkeit. Es folgt das Ausgangssubstrat (Sand). Die zentralen Moorbereiche sind aus überwiegend gering zersetzten Radizellen-, Braunmoos- und Braunmoos-Radizellenmischtorfen aufgebaut. Zwischengelagert ist eine Kalkmuddeschicht, die im Zentrum 1 m zum Moorrand hin 20 cm mächtig ist. Ab einer Tiefe von ungefähr 2,30 m sind die Torfe von einer Kalkmudde unterlagert. Die Grundwasserstände lagen im Nordteil innerhalb der beiden Randprofile mehr als 60 cm unter Flur, im Zentrum lagen sie in Flur. Im Südteil konnte der Grundwasserstand am Moorrand nicht festgestellt werden, lag also sehr tief, während er im mittleren Profil bei -20 cm und im Zentrum in Flur lag (Juli, 2010). 61

62 Transekt 5 N S Abbildung 22: Bodenprofile im Transekt 5 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 62

63 Transekt 6 N S Abbildung 23: Bodenprofile im Transekt 6 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 63

64 Transekt 7 N S Abbildung 24: Bodenprofile im Transekt 7 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 64

65 Transekt 8 N S Abbildung 25: Bodenprofile im Transekt 8 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 65

66 Ergebnisse Zusammenfassung zentraler Bereich Die Grundwasserstände waren an den Moorrändern tiefer als in den zentralen Bereichen und befanden sich im Nordteil cm unter Flur. In Transekt 5 und 8 konnten sie bei der Aufnahme nicht sicher festgestellt werden. Im südlichen Bereich lagen die Grundwasserstände am Moorrand bei 20 cm unter Flur. Im Zentrum wurden Grundwasserstände gering unter, über oder in Flur festgestellt (Juli, 2010). In nahezu allen Profilen findet sich ein vererdeter Oberbodenhorizont, in zentralen Bereichen ist dieser meist von geringer Mächtigkeit und fehlt im zentralen Profil der Transekte 5 und 8. Die Randbereiche im zentralen UG sind insbesondere im Nordteil flachgründig und zeigen häufig eine fortgeschrittene Gefügebildung. Das Bollwintal ist im zentralen Bereich jedoch deutlich aufgeweitet. Beim Aufbau der Torfe dominieren gering bis mäßig zersetzte Radizellen-, Braunmoos- und Braunmoos- Radizellentorfe. Sandüberlagerte Torfe sind in diesem Bereich lediglich am Südrand zu finden, die Sandschicht ist vergleichsweise gering mächtig und beträgt zwischen 5 und 10 cm (in Transekt 8 fehlt sie ganz). Die Torfe sind zumeist zwischen 2 und 3,50 mächtig und zumindest in den zentralen Profilen generell von limnischen Sedimenten unterlagert. Dabei handelt es sich um Kalkmudde. Zwischengelagerte oder oberflächig anstehende Muddeschichten bestehen zum Teil aus Detritusmudde. Der Radizellentorf ist häufig mit Braunmoosen durchsetzt und umgekehrt. Reste von Equisetum spec. sowie Samen von Menyanthes trifoliata wurden regelmäßig gefunden. In zentralen Profilen des Transektes 6 finden sich zudem Quellkalke. An den Moorrändern sind die Torfe oftmals bis in tiefere Bereiche höher zersetzt. Die unteren Torflagen werden häufig von Schilf- oder Schilfseggentorfen gebildet. Besonders an den Moorrändern sind Holzbeimengungen von Erle, Weide und zum Teil Kiefer zu finden. Die Vegetation setzt sich in den Randbereichen meist aus einer Schilf-Brennnessel - Flur zusammen, daran schließen sich in der Regel Schilfröhrichte bzw. Großseggenriede an. Weidengebüsche treten großflächig in Erscheinung und reichen zum Teil weit ins Zentrum. In den Randbereichen finden sich teilweise Erlenbruchwälder. Zahlreiche kleine, teils verlandete Gräben durchziehen diesen Bereich besonders im östlichen Teil. Weiter westwärts existieren größere noch aktive Entwässerungsgräben, von denen einer während der Geländearbeiten unterhalten wurde (in unmittelbarer Nähe zu Transekt 8). 66

67 Ergebnisse Abbildung 26: Lage der Bohrpunkte im westlichen Bereich des UG Transekt 9 zeigt in beiden Profilen im Nordteil einen geringmächtigen vererdeten Oberboden (5 cm), dem sich am Moorrand ein 1 cm mächtiges Sandband anschließt. Darauf folgen randlich gering zersetzte Braunmoos- und Radizellentorfe von ca 1 m Mächtigkeit, welche ab einer Tiefe von 1,10 m von höher zersetzten Schilf- bzw. Radizellentorfen unterlagert sind. Im zentralen Bereich folgen dem vererdeten Oberboden gering zersetzte Braunmoos- und Radizellentorfe, denen sich ab einer Tiefe von 1,40 m hoch zersetzte Radizellen- bzw. amorphe Torfe anschließen. Diese sind von Kalkmudde unterlagert. Am südlichen Moorrand ist der obere Torf bis in eine Tiefe von 15 cm vererdet und von amorpher Grundmasse. Es folgen mäßig bis höher zersetzte Radizellentorfe bis in eine Tiefe von 2,30 m. Nach einem zwischengeschalteten Band aus Kalkmudde setzt sich hoch zersetzter amorpher Torf fort. Im zentralen südlichen Bereich finden sich gering zersetzte Radizellen- bzw. Radizellen-Braunmoosmischtorfe denen ein Kalkmuddeband zwischengeschaltet ist. Unterlagert wird der Torf ab einer Tiefe von 1,90 m durch Kalkmudde. Die Grundwasserstände lagen im Nordteil 40 bzw. 15 cm unter Flur. Im Südteil 30 cm unter Flur bzw. 5 cm über Flur (Juli, 2010). 67

68 Ergebnisse Für Transekt 10 wurde wegen erschwerter Zugänglichkeit nur der nördliche Bereich stratigrafisch untersucht. Am Moorrand ist der Oberboden bis in eine Tiefe von 10 cm vererdet und von amorpher Grundmasse. Daran schließt sich ein 10 cm mächtiger humoser, mittel- bis grobkörniger Sand an, dem ein gering zersetzter Braunmoostorf von 80 cm Mächtigkeit folgt. Ab 1,40 m Tiefe folgen mäßig zersetzte Schilftorfe. Im zentralen Bereich finden sich mäßig bis gering zersetzte Radizellentorfe sowie gering zersetzte Braunmoostorfe bis in eine Tiefe von 50 cm. Danach schließt sich ein mäßig zersetzter Radizellen-Schilfmischtorf an, der ab 1,90 m von einer Detritusmudde unterlagert wird. Darauf folgt eine Kalkmudde. Die Grundwasserstände lagen zu Zeitpunkt der Aufnahme im Oktober 2010 bei 20 bzw. 5 cm unter Flur. 68

69 Transekt 9 N S Abbildung 27: Bodenprofile im Transekt 9 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 69

70 Transekt 10 N S Abbildung 28: Bodenprofile im Transekt 10 mit Horizontangaben, Substratart und Humifizierungsgrad; Abkürzungen im Anhang I.1 und I.2 70

71 Ergebnisse Zusammenfassung westlicher Bereich Die Grundwasserstände lagen an den Moorrändern deutlich tiefer als in den zentralen Bereichen und befanden sich im Nordteil cm, im südlichen Bereich 30 cm unter Flur. In den zentralen Bereichen lagen die Grundwasserstände gering unter, über oder in Flur. In nahezu allen Profilen findet sich ein vererdeter Oberbodenhorizont. Im Nordteil ist er zwischen 5 10 cm mächtig, im Südteil ist der Moorboden im fließnahen Bereich nicht vererdet und am Moorrand bis auf 15 cm Tiefe. Beim Aufbau der Torfe dominieren gering bis mäßig zersetzte Radizellen-, Braunmoos- und Braunmoos- Radizellentorfe. Sandüberlagerte Torfe sind in diesem Bereich am Nordrand zu finden. Das Sandband ist zwischen 1 und 10 cm mächtig. Die Torfe sind zumeist zwischen 2 und 3,50 mächtig und zumindest in den zentralen Profilen generell von limnischen Sedimenten unterlagert. Dabei handelt es sich um Kalkmudde. Zwischengelagerte oder oberflächig anstehende Muddeschichten bestehen zum Teil aus Detritusmudde. Der Radizellentorf ist häufig mit Braunmoosen durchsetzt und umgekehrt. Reste von Equisetum spec. sowie Samen von Menyanthes trifoliata wurden regelmäßig gefunden. An den Moorrändern sind die Torfe oftmals bis in tiefere Bereiche höher zersetzt. Die unteren Torflagen werden häufig von Schilf- oder Schilfseggentorfen gebildet. Besonders an den Moorrändern sind Holzbeimengungen von Erle, Weide und zum Teil Kiefer zu finden. Die Vegetation setzt sich in den Randbereichen meist aus einer Schilf-Brennnessel- Flur zusammen, daran schließen sich in der Regel Schilfröhrichte bzw. Großseggenriede an. Weidengebüsche treten großflächig in Erscheinung und reichen zum Teil weit ins Zentrum. In den Randbereichen finden sich teilweise Erlenbruchwälder. 2 größere Entwässerungsgräben sind in diesem Bereich noch aktiv. Dieser Bereich ist im östlichen Teil dicht mit Schilfröhrichten bzw. Weidengebüschen bestanden, im äußeren westlichen Bereich reichte die Tragfähigkeit des Untergrundes nicht aus. Aus diesem Grund können hier keine genaueren Angaben gemacht werden. 71

72 Ergebnisse Moorbodentypen Für die bodensystematische Einstufung nach bodenkundlicher Kartieranleitung sind die obersten Torfschichten mit 3 dm Mächtigkeit entscheidend (AG BODEN, 2005). Nach der Stratigraphie lassen sich im Bollwintal 2 verschiedene Bodentypen innerhalb der Abteilung der Moore unterscheiden. 1. Bodentyp Niedermoor (Klasse: naturnahe Moore) Profil: nh, uh(iiff/) 2. Bodentyp Erdniedermoor (Klasse: Erd- und Mulmmoore) Profil: nhv/(nht)nhw/(nhr/)(iiff/) oder uhv/(uht)uhw/(uhr/)(iiff/) der Hv Horizont muss hierbei eine Mindestmächtigkeit von 1 dm aufweisen Die Profile an den Moorrändern sind dem Bodentyp Erdniedermoor zuzuordnen. In den zentralen Bereichen herrscht der Bodentyp Niedermoor vor. Durch die ph-werte > 6,4 (phkcl), ergibt sich eine weitere Untergliederung in den Subtyp Kalkniedermoor. Mit einer Moormächtigkeit im Mittel über 12 dm ist das Moor als tiefgründig anzusprechen (ZEITZ et al., 2005) Bodenphysikalische Kennwerte Substanzvolumen/Gesamtporenvolumen Die gering bis mäßig zersetzten Braunmoos-, Radizellen- und Schilftorfe verfügen über Substanzvolumina zwischen 7,98 11,04 Vol.-%, im Mittel von 9,44 Vol.-%, während die vererdeten und hoch zersetzten Torfe ein SV von im Mittel 20,92 Vol.-% aufweisen. Der vererdete Torf mit amorpher Grundmasse besitzt mit 24,23 Vol.-% das höchste Substanzvolumen (vgl. Tab. 7). Die Radizellentorfe geringer bis mäßiger Zersetzung weisen insgesamt die geringsten Substanzvolumina auf; das geringste SV mit 7,98 Vol.-% besitzt dabei der gering zersetzte Radizellentorf im ständig wassergesättigten Horizont (Saturationszone). Etwas höher ist das SV des Radizellentorfes im Wechselwasserhorizont. Ein ähnlich geringes SV von 8,21 Vol.-% wassergesättigten Horizont. besitzt der mäßig zersetzte Radizellentorf im 72

73 Ergebnisse Der gering zersetzte Braunmoostorf in der Saturationszone verfügt über ein etwas höheres SV als der mäßig zersetzte Radizellentorf in der Saturationszone. Der mäßig zersetzte Schilftorf der Saturationszone, besitzt ein höheres SV als der gering zersetzte Braunmoostorf im ständig wassergesättigten Bereich. An dieser Stelle soll auf eine Unsicherheit innerhalb der Ergebnisse bezüglich des gering zersetzten Braunmoostorfes in der Saturationszone hingewiesen werden. Die vergleichsweise höheren Werte der Trockenrohdichte stehen im Widerspruch zum relativ geringen Substanzvolumen. Dies könnte auf einen Messfehler (insbesondere durch fehlerhaftes Aufsättigen bzw. fehlerhaftes Wiegen der Proben) zurück zu führen sein (vgl. Tab. 7). Tabelle 7: Bodenphysikalische Kennwerte der HSK im UG; Z = Zersetzungsstufe, MW_TRD = Mittelwert Trockenrohdichte, MW_SV = Mittelwert Substanzvolumen, s = Standartabweichung, n = Probenanzahl; blau = Werte aus der HU Datenbank) HSK Z MW_TRD g/cm -3 s (TRD) MW_SV (Vol.-%) s (SV) jghro:msgs 1,25 2,36 62,23 3,35 10 nhv:ha 3 0,20 0,14 24,23 4,85 9 nhw:ha 3 0,19 0,11 18,86 2,34 10 nhv:hnr 2 0,16-21, nhv:hnr 3 0,19 0,12 22,14 3,98 10 nhw:hnr 1 0,14-8, nhw:hnr 2 0,14 0,09 11,64 3,35 10 nhr:hnr 1 0,10 0,08 7,98 1,60 10 nhr:hnr 2 0,13 0,05 8,21 1,79 10 nhr:hnr 3 0,20-18, nhr:hnb 1 0,17 0,12 9,24 1,42 10 nhr:hnb 2 0,15-10, nhr:hnp 2 0,13-10, n Die Ergebnisse zeigen, dass Torfe im grundwasserfreien-, sowie im Grundwasserwechselhorizont (Aerationszone) eine höhere Streuung der Werte um den Mittelwert (Standartabweichung) bezüglich der Einzelmessungen aufweisen als die Einzelwerte der Torfe in der Saturationszone. Dies gilt sowohl für die TRD, als auch für das SV, beim letzteren besonders deutlich (vgl. Tab. 7 und Abb. 29). 73

74 SV in Vol.-% Ergebnisse Aerationszone Saturationszone jghro:msgs nhv:ha 3 nhw:ha3 nhv:hnr3 nhw:hnr2 nhr:hnb1 nhr:hnr1 nhr:hnr2 Abbildung 29: Darstellung der statistischen Auswertung der Messungen des Substanzvolumens; unterteilt nach Aerations- und Saturationszone Dennoch kann bezüglich der Mittelwerte grundsätzlich eine Zunahme des Substanzvolumens mit zunehmendem Humifizierungsgrad festgestellt werden (Abb. 30). 74

75 TRD in g/cm3 SV in Vol% Ergebnisse H nach von Post Abbildung 30: Substanzvolumen der Torfe im Verhältnis zum Humifizierungsgrad Ebenso steigt die TRD der Torfsubstrate mit zunehmendem Humifizierungsgrad (Abb. 31). 0,25 0,2 0,15 0,1 0, H nach von Post Abbildung 31: Trockenrohdichte der Torfe im Verhältnis zum Humifizierungsgrad 75

76 kf in cm/d Ergebnisse Gesättigte Wasserleitfähigkeit Bei der statistischen Auswertung der im Labor ermittelten kf-werte zeigten sich zum großen Teil sehr hohe Standartabweichungen (vgl. auch Tab 8). Dies gilt für nahezu alle beprobten HSK. Ausnahme bilden der gering zersetzte Braunmoostorf sowie der mäßig zersetzte Radizellentorf in der Saturationszone, welche eine geringere Streuung der Messergebnisse zeigten. Insbesondere in der Aerationszone liegen Messwerte jedoch weit außerhalb des Streuungsbereiches, während die Standartabweichung in den permanent wassergesättigten Bereichen tendenziell (bei 2 von 3 Proben) geringer ist (Abb. 32) Aerationszone Saturationszone jghro:msgs nhv:ha 3 nhw:ha3 nhv:hnr3 nhw:hnr2 nhr:hnb1 nhr:hnr1 nhr:hnr2 Abbildung 32: Darstellung der statistischen Auswertung der kf Messungen im Labor; unterteilt nach Aerations- und Saturationszone Die Maxima der kf-werte der HSK in der Aerationszone sind so hoch, dass die Darstellung gemeinsam mit den Werten der Saturationszone problematisch ist (vgl. Abb. 31). Aus diesem Grund wurden die kf-werte für die HSK der Aerationszone nochmals gesondert mit erweiterten Grenzen dargestellt (Abb. 33). 76

77 kf in cm/d Ergebnisse Aerationszone jghro:msgs nhv:ha 3 nhw:ha3 nhv:hnr3 nhw:hnr2 Abbildung 33: Darstellung der statistischen Auswertung der kf Messungen im Labor der HSK/Z in der Aerationszone mit erweiterten Grenzen für kf-werte Nachfolgend sind die Ergebnisse der Wasserdurchlässigkeitsmessungen dargestellt; die beispielhaft mit der Bohrlochmethode nach HOOGHOUDT und ERNST ermittelten Durchlässigkeitswerte sind neben der jeweiligen HSK aufgeführt. Es zeigt sich hier eine große Streuung der Messergebnisse, so dass diese nicht als normalverteilt angesehen werden können (vgl. Tab. 8). Aus diesem Grund wurde der Median als aussagekräftigster Wert bewertet und im Folgenden als Ergebnis diskutiert. 77

78 Ergebnisse Tabelle 8: Labor- und Freilandergebnisse der Wasserdurchlässigkeitsmessungen; Z = Zersetzungsstufe, MW_kf = Mittelwerte der Durchlässigkeitswerte (Hartge), s = Standartabweichung, n = Probenanzahl, Median_kf = Mediane der Durchlässigkeitswerte (Hartge), blau = Werte aus der HU Datenbank) HSK Z MW_kf in cm/d nach HARTGE s n Median_kf in cm/d nach HARTGE kf in cm/d nach HOOGHOUDT jghro:msgs nhv:ha nhw:ha nhv:hnr nhv:hnr nhw:hnr nhw:hnr nhr:hnr nhr:hnr nhr:hnr nhr:hnb nhr:hnb Bezüglich der beispielhaft durchgeführten Vergleiche zwischen im Labor und im Feld ermittelten kf-werten, gibt EGGELSMANN (1981 a) zu bedenken, dass das Bohrlochverfahren bei gespanntem oder stark strömendem Grundwasser häufig zu hohe kf-werte liefert, weshalb die im Labor gemessenen, mit denen mittels Bohrlochverfahren bestimmten Werten verglichen wurden. Es zeigte sich eine hohe Übereinstimmung. Die Werte für den Braunmoostorf liegen in beiden Verfahren im Bereich mittlerer Durchlässigkeit, für den mäßig zersetzten Radizellentorf im Bereich sehr hoher Durchlässigkeit (mit Tendenz zu hoher Durchlässigkeit). Nach EGGELSMANN (1981 a) lassen sich die Durchlässigkeitswerte hinsichtlich ihres praktischen Aussagewertes wie folgt beurteilen (Tab. 9). Tabelle 9: Klassifizierung der Felddurchlässigkeit (Eggelsmann, 1981 a, S. 61) 78

79 Ergebnisse Die ermittelten Durchlässigkeitswerte, sortiert nach Zersetzungsstufe und ihre Beurteilung nach EGGELSMANN (1981 a) sind nachfolgend dargestellt (Tab. 10). Dabei stellt die verbale Bewertung eine Beurteilung der Felddurchlässigkeiten dar. Diese wurde wegen der hohen Übereinstimmung der in beiden Verfahren ermittelten Werte und mangels Bewertungsgrundlagen für im Labor ermittelte kf-werte zur Beurteilung herangezogen. Tabelle 10: kf-werte und verbale Bewertung der HSK, sortiert nach Zersetzungsstufe (Z) HSK Z kf in cm/d nach HARTGE kf in cm/d nach HOOGHOUDT nhv:ha sehr hoch nhw:ha sehr hoch nhv:hnr 3 37 mittel nhr:hnr 3 91 hoch nhv:hnr 2 41 hoch nhw:hnr sehr hoch nhr:hnr 2 96 hoch nhr:hnb sehr hoch nhw:hnr sehr hoch nhr:hnr äußerst hoch nhr:hnb mittel jghro:msgs 536 äußerst hoch Torfe amorpher Grundmasse im vererdeten Horizont sowie im Wechselwasserhorizont besitzen sehr hohe Durchlässigkeiten. Ebenfalls im Bereich sehr hoher Durchlässigkeiten, jedoch im unteren Drittel, liegen der mäßig zersetzte Radizellen- und Braunmoostorf im Wechselwasser- sowie im ständig wassergesättigten Horizont und der gering zersetzte Radizellentorf im wassergesättigten Horizont. Es folgen, mit zumeist ähnlichen kf-werten die Torfe mit hohen Durchlässigkeiten. Dies sind der mäßig bis hoch zersetzte Radizellentorf in der Saturationszone und an der Grenze zur mittleren Durchlässigkeit der vererdete, mäßig zersetzte Radizellentorf. Mittlere Durchlässigkeit zeigen der vererdete Radizellentorf hoher Zersetzung sowie der gering zersetzte Braunmoostorf im wassergesättigten Bereich. Insgesamt weisen die mäßig zersetzten Radizellentorfe im Wechselwasserhorizont, der gering, mäßig und hoch zersetzte Radizellentorf im wassergesättigten Bereich sowie der mäßig zersetzte Braunmoostorf im ständig wassergesättigten Horizont ähnliche kf- Werte im Bereich hoher bis sehr hoher Durchlässigkeit auf. 79

80 Ergebnisse Die untersuchte mineralische HSK (jghro:msgs) besitzt eine äußerst hohe Durchlässigkeit. Es sind keine Tendenzen innerhalb der Wechselwasserhorizonte und der ständig wassergesättigten Horizonte gleicher Torfart und gleichen Humifizierungsgrades bezüglich der Durchlässigkeit festzustellen. Während die Werte für den gering zersetzten Radizellentorf im ständig wassergesättigten Bereich mehr als doppelt so hoch im Vergleich zu dem Wert im Wechselwasserhorizont sind, ergibt sich bezüglich des mäßig zersetzten Radizellentorfes nahezu kein Unterschied (vgl. Tabelle 11). Tabelle 11: Vergleich der Durchlässigkeitswerte (kf) von Radizellentorfen gleicher Zersetzungsstufe (Z) in unterschiedlichen Horizonten HSK Z kf in cm/tag nhw:hnr nhr:hnr nhw:hnr nhr:hnr 2 96 Jedoch lassen die Werte des gering zersetzten Braunmoostorfes und des mäßig zersetzten Radizellentorfes in der Saturationszone, die eine vergleichsweise geringe Standartabweichung zeigen, auf torfartenspezifische Unterschiede hinsichtlich der Durchlässigkeiten schließen. So liegt der kf-wert des mäßig zersetzten Radizellentorfes mit 96 cm/d fast 3mal so hoch wie der des gering zersetzten Braunmoostorfes. Dies stimmt mit der Literatur überein, wonach die Durchlässigkeit generell in der Reihenfolge von Sphagnum- über Laubmoostorfe, Seggentorfe, Schilftorfe bis zu Bruchwaldtorfen hin zunimmt (EGGELSMANN, 1981 a; MITSCH & GOSSELINK, 2007; EDOM, 2001 b; ZEITZ, 2001 u.a.). Ein Überblick über Durchlässigkeitsbereiche von Seggen (Radizellen)- und Laubmoostorfen ist nachfolgend dargestellt (Tab. 12). 80

81 kf in cm/d Ergebnisse Tabelle 12: Durchlässigkeitsbereiche verschiedener Moorböden nach EGGELSMANN (1981 a, S. 63), gekürzt Torfart Humifizierungsgrad kf-wert (cm/d) Seggentorf < H H3 - H H5 - H > H8 < 20 Laubmoostorf < H H3 - H H5 - H > H8 < 10 Insgesamt stimmen die ermittelten kf-werte der gering (H1 H4) bis mäßig (H5 H7) zersetzten Braunmoos- und Radizellentorfe mit veröffentlichten Werten weitgehend überein (BADEN & EGGELSMANN, 1963; RYCROFT, 1974; EGGELSMANN, 1981 a; MITSCH & GOSSELINK, 2007; ZEITZ, 2001). Die hoch zersetzen und amorphen Torfe zeigten sehr hohe Durchlässigkeiten Ein Zusammenhang zwischen Substanzvolumen und gesättigter Wasserleitfähigkeit lässt sich anhand der Ergebnisse nicht feststellen (Abb. 34) SV in Vol% Abbildung 34: Durchlässigkeitswerte der Torfe in Abhängigkeit vom Substanzvolumen 81

82 Ergebnisse 4.2 Chemische Befunde der Torfsubstrate Die Ergebnisse der chemischen Analysen für die im UG dominanten HSK sind nachfolgend dargestellt. Die für die trophische Kennzeichnung der Moorsubstrate wichtigen C/N Verhältnisse liegen im UG zwischen 12 und 17, die ph-werte liegen zwischen 6,5 und 7,2 (Tab. 13). Tabelle 13: Chemische Kennwerte der HSK; Nt = Stickstoffgesamtgehalte bezogen auf die Trockensubstanz, Ct = Kohlenstoffgesamtgehalte, Corg = Gehalt an organischem Kohlenstoff, Corg/Nt = Verhältnis organischer Kohlenstoffgehalt zum Stickstoffgehalt, ph = Säure-Basen Verhältnis) HSK Z N t (%/TS) C t (%/TS) C org (%/TS) C org /N t ph (KCl) jghro:msgs 0,12 1,84 1, ,03 nhv:ha 3 2,95 36,04 36, ,19 nhw:ha 3 2,81 36,08 34, ,16 nhv:hnr 2 2,88 39,25 39, nhv:hnr 3 2,40 37,82 37, ,01 nhw:hnr 1 2,75 51,66 48, nhw:hnr 2 3,38 48,29 47, ,88 nhr:hnr 1 2,90 45,68 44, ,75 nhr:hnr 2 2,94 39,71 38, ,53 nhr:hnr 3 2,31 46,23 46, nhr:hnb 1 2,75 50,46 49, ,96 nhr:hnb 2 2,31 50,13 50, nhr:hnp 2 2,94 49,56 48, , Trophische Kennzeichnung Nach SUCCOW (1981), werden 3 natürlich vorkommende Trophiestufen unterschieden, zusätzlich können durch anthropogene Einflüsse polytrophische Standorte entstehen (Tab. 14). 82

83 Ergebnisse Tabelle 14: Trophiestufen der Moorstandorte auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten der Torfe (SUCCOW & STEGMANN, 2001, S. 78) Der Klassifikation der Trophiestufen nach SUCCOW (1981 & 2001) folgend, sind die Substrate im Bollwintal überwiegend als eutroph-kräftig anzusprechen. Bei der Übertragung der Werte in das Klassifikationssystem nach SUCCOW (1981) besteht jedoch ein Problem. Die Klassifikation der oben beschriebenen Trophiestufen beruht auf der Stickstoffbestimmung nach KJELDAHL. Innerhalb dieser Arbeit wurde die Stickstoffbestimmung jedoch nach DUMAS durchgeführt, weshalb die Ergebnisse nicht direkt übertragbar sind. Während die Analyse nach KJELDAHL über einen Nassaufschluss mit konzentrierter Schwefelsäure erfolgt, wird bei der Analyse nach DUMAS das Prinzip der oxidativen Verbrennung (>900 C) verwendet. Aus diesem Grund wird über die KJELDAHL Methode eine Reihe von organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen nicht gemessen. TANNEBERGER & HAHNE (2003) testeten die Korrelation verschiedener Werte und identifizierten einen Umrechnungsfaktor zur Übertragung der DUMAS Werte in KJELDAHL Werte, um die Klassifikation der Trophie nach Succow anwenden zu können. Benutzt man die Regression nach TANNEBERGER & HAHNE (2003) zur Umrechnung der Dumas Werte in Kjeldahl Werte (y = x ), ergeben sich für alle HSK weitere C/N Verhältnisse (Tab. 15). 83

84 Ergebnisse Tabelle 15: C/N Verhältnis nach Umrechnung der DUMAS Werte in KJELDAHL Werte HSK Z N t (%/TS) C t (%/TS) C org (%/TS) C org /N t C org /N t (nach Umrechnung) jghro:msgs 0,12 1,84 1, nhv:ha 3 2,95 36,04 36, nhw:ha 3 2,81 36,08 34, nhv:hnr 2 2,88 39,25 39, nhv:hnr 3 2,4 37,82 37, nhw:hnr 1 2,75 51,66 48, nhw:hnr 2 3,38 48,29 47, nhr:hnr 1 2,9 45,68 44, nhr:hnr 2 2,94 39,71 38, nhr:hnr 3 2,31 46,23 46, nhr:hnb 1 2,75 50,46 49, nhr:hnb 2 2,31 50, nhr:hnp 2 2,94 49,56 48, Nach Einordnung der umgerechneten Werte in das Klassifikationssystem nach SUCCOW (1981), wären die im UG vorherrschenden Torfsubstrate fast ausschließlich als mesotroph-mittel (C/N 20 26) bzw. als mesotroph-ziemlich arm (26 33) zu beschreiben. Jedoch sollten zur Belastbarkeit eines solchen Umrechnungsfaktors weitere Daten erhoben werden, zudem stammen die durch TANNEBERGER & HAHNE (2003) untersuchten Proben aus West Sibirien, so dass sich für Torfsubstrate aus Nordostdeutschen Mooren ein anderer Umrechnungsfaktor ergeben könnte. Im Folgenden wird daher mit den nicht umgerechneten Werten diskutiert. Ein Zusammenhang zwischen hohen Humifizierungsgraden und hohen Gehalten an organischem Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffgesamtgehalten, konnte innerhalb dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden (Abb. 35 und 36) 84

85 Ct in %TS Corg in %TS Ergebnisse H nach von Post Abbildung 35: Gehalt an organischem Kohlenstoff in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades H nach von Post Abbildung 36: Kohlenstoffgesamtgehalte in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades Desgleichen konnte kein Zusammenhang zwischen Humifizierungsgrad und Stickstoffgesamtgehalten festgestellt werden (Abb. 37) 85

86 Nt in %TS Ergebnisse 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2, H nach von Post Abbildung 37: Stickstoffgesamtgehalte in Abhängigkeit des Humifizierungsgrades Säure-Basen-Verhältnisse Die Einschätzung der Säure-Basen-Verhältnisse beruht auf der Klassifikation der Säure- Basen-Stufen von Moorstandorten wie sie durch SUCCOW & STEGMANN (2001) publiziert ist. Die 8 unterschiedenen ph-stufen sind dabei zu 3 Gruppen zusammengefasst (Tab. 16). Tabelle 16: Säure-Basen-Stufen der Moorstandorte auf der Grundlage von ph Messungen in KCl an Moorsubstraten (SUCCOW & STEGMANN, 2001, S. 75) 86

87 Ergebnisse Im Transekt 3 Profil 4 (östlicher, zentraler Bereich) 0 10 cm ph 6, cm ph 6,32 Im Transekt 5 Profil 2 (mittlerer, zentraler Bereich) 0 10 cm ph 6, cm ph 6,42 Im Transekt 10 Profil 2 (westlicher, zentraler Bereich) 0 10 cm ph 7, cm ph 6,77 Die ph-werte liegen hier ebenfalls zumeist über 6,4. Ausnahme bildet die Messung im östlichen, zentralen Bereich in den unteren cm. Insgesamt zeigt sich bei diesen Messungen immer eine Abnahme der ph-werte mit der Tiefe. Die differenziert nach Standorten gemessenen ph-werte wurden anschließend zum Vergleich den für die ihnen entsprechenden HSK gemessenen Werten gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass trotz gleicher Substrate und Horizonte jeweils unterschiedliche Werte bezüglich des ph-wertes gemessen wurden (Tab. 17). Tabelle 17:-pH-Werte gleicher Substrate und Horizonte an unterschiedlichen Standorten im UG HSK Die im UG untersuchten Substrate innerhalb der HSK, sind nach SUCCOW & STEGMANN (2001) als kalkhaltig einzustufen. Neben den für die HSK ermittelten ph-werten, wurden während der Bohrungen stichprobenartig in verschiedenen Tiefen und an unterschiedlichen Standorten ph- Werte gemessen. Zersetzungsstufe ph (K Cl ) für HSK ph (K Cl ) standortbezogen ph (K Cl ) standortbezogen nhv:ha 3 7,19 6,74 nhw:hnr 2 6,88 6,53 7,03 nhr:hnr 2 6,53 6,32 nhr:hnb 1 6,96 6,77 87

88 Auswertung und Disskusion 5. Auswertung und Diskussion 5.1 Bodenkundlich-hydrologische Verhältnisse Die Vererdung der oberflächig anstehenden Torfe innerhalb des Bollwintal-Moores ist Folge der anthropogenen Eingriffe in den Wasserhaushalt des Gebietes. Zwar tritt höhere Zersetzung der Torfe an den Moorrändern auch bedingt durch den Zulauf von sauerstoffreichem Hangwasser und carbonatreichem Grundwasser sowie periodischen Grundwasserstandsschwankungen auf, Humifizierungsgrade von H9 H10 sowie die Gefügebildung innerhalb des Oberbodens des Moorkomplexes sind jedoch Folge der anthropogenen Entwässerung. Dabei bildet der Vererdungshorizont den Oberbodenhorizont mäßig entwässerter und/oder extensiv bearbeiteter Moorstandorte (ZEITZ & STEGMANN, 2001). Messungen der phreatischen Grundwasserstände in verschiedenen Moorbereichen durch MÜLLER (2009) von April 2006 bis April 2007 bestätigen die anhaltende Entwässerung der oberen Torfe zumindest an den Moorrändern. Es wurden örtlich tiefe Grundwasserstände und teilweise große Schwankungsamplituden festgestellt (Abb. 38). Abbildung 38: monatliche Mittelwerte der phreatischen Wasserstände (April April 2007), nach MÜLLER (2009) Die tiefsten Grundwasserstände sind in den Sommermonaten Juli/August gemessen worden. Große Schwankungen und tiefe Grundwasserstände sind am Moorrand sowie innerhalb des südlich des Bollwinsee vorgelagerten Beckens zu verzeichnen. 88

89 Auswertung und Disskusion Im Zentrum des Moores stellte MÜLLER (2009) größtenteils hohe Grundwasserstände bei geringeren Schwankungsamplituden (<20 cm) fest. Allerdings fehlen Messungen innerhalb des östlichen Bereiches (vgl. Abb. 39). Abbildung 39: Lage der Grundwassermessstellen im UG Grundwassermessstellen, die durch den NaturSchutzFond Brandenburg eingerichtet wurden (vgl. Abb. 16) und seit Juni 2010 regelmäßig die Wasserstände im Gebiet aufzeichnen, zeigen kontinuierlich hohe Grundwasserstände in den östlich und zentral-östlichen Bereichen des UG (ZAUFT, mündl. Mitteilung, 2011). Zur Beeinflussung der Messwerte kann bei MÜLLER (2009) die enge räumliche Beziehung seiner Grundwassermesspegel zu großen Entwässerungsgräben genannt werden, da die Sogwirkung der Gräben die Pegelstände beeinflussen kann. Bezüglich der Messwerte aus dem Jahr 2010 muss bedacht werden, dass dieses Jahr ganzjährig von hohen Niederschlagsmengen in Brandenburg gekennzeichnet war. Dennoch ist der Schluss zugelassen, dass Entwässerung in den Randbereichen, insbesondere in den zentral-westlichen und westlichen Bereichen noch immer stattfindet. Mit teils tiefen sommerlichen Grundwasserständen ist davon auszugehen, 89

90 Auswertung und Disskusion dass größere Entwässerungsgräben aktiv sind. Dies wird dadurch bestätigt, dass zum Zeitpunkt der bodenkundlichen Aufnahme im Entwässerungsraben nahe Transekt 8 Unterhaltungsmaßnahmen (Räumung, Mahd) durchgeführt wurden. Auch die weiteren Entwässerungsgräben in diesem Bereich sind nicht verlandet (MÜLLER, 2009). Abbildung 40: Entwässerungsraben nahe Transekt 8 (Nordteil) des UG Durch die aktiven Entwässerungsgräben erhöht sich die Abströmung in diesen Bereichen im Vergleich zum Wasserdargebot, mit Auswirkungen auch auf die oberhalb gelegenen Bereiche und somit auf das gesamte System. Im östlichen Bereich und zentral-östlichen Bereich sind die Entwässerungsgräben zum großen Teil bereits verlandet, im Sommer zeigen sich hier höhere Grundwasserstände. NUSKO & BRÜCKL (2010) untersuchten in einer Arbeit zur Standort- und Vegetationsentwicklung der Bollwinwiesen mittels des Vegetationsformenkonzeptes den östlichen Bereich des UG und verglichen vegetationskundliche Aufnahmen mit entsprechenden Aufnahmen von 1992 (MIDDELSCHULTE, 1992). Dabei zeigte sich, dass bei 10 der 21 untersuchten Standorte die aktuelle Vegetation bereits einen tendenziell feuchteren Standort anzeigt. Im Wesentlichen betrifft dies die fließnahen 90