Massentierhaltung versus Waldgesundheit – Ergebnisse zur Diagnose und Behandlung stickstoffbelasteter Wälder

Bei der Haltung von Tieren und beim Abbau tierischer Exkremente werden in nicht unerheblichem Umfang Gase frei gesetzt. Neben den Treibhausgasen Methan (CH4) und Lachgas (N2O) ist Ammoniak (NH3) dabei von besonderer Bedeutung. Im Rahmen der Genehmigung von Tierhaltungsanlagen werden daher die Ammoniakimmissionen mit den Auswirkungen auf Ökosysteme und empfindliche Pflanzen auf der Grundlage der TA-Luft 2002 beurteilt. Die nachfolgende Darstellung von Ergebnissen zur Diagnose und Behandlung stick­stoff­belasteter Wälder soll der Versachlichung bei der Lösung des Konfliktes zwischen Land- und Forstwirtschaft dienen

Ausgangslage

Die Anlagen der Tierhaltung werden größer und in Verbindung damit erhöht sich die Konzentration der Tiere auf kleinsten Raum. Neue Technologien führen zu einer raschen Zunahme landwirtschaftlicher Produktionsstätten. So werden die Gase aus derartigen Anlagen mittels kostenintensiver Verfahren gereinigt. Wenig verlässliche Angaben gibt es hinsichtlich der Ammoniakemissionen aus Biogasanlagen und deren Auswirkungen auf Ökosysteme und empfindliche Pflanzen.

Untersuchungsprogramm

Ausgehend von der Komplexität des Vorhabens zur Klärung des Ursache – Wirkungsgefüges wurde das Untersuchungsprogramm möglichst praxisnah an­gelegt. Die Untersuchungsschwerpunkte waren:

  • Ammoniakeinträge (Immission, Deposition)
  • Standort (Bodenchemischer Zustand, Sickerwasserqualität)
  • Vegetation und Humuszustand
  • Biomarker, Vitalität und Ernährung von Einzelbäumen und Beständen.

Im Untersuchungszeitraum zwischen 2007 und 2011 wurden einmalige Erhebungen auf 50 Flächen durchgeführt. Dazu gehören Schadansprachen der Bestände, ertragskundliche Erhebungen, Vegetationsansprachen und Bodenbeprobungen. So wurden 653 Bodenproben, d. h. 7836 Analysen­daten bereitgestellt.

Die Flächen wurden als Transekt von der Quelle bis maximal 1000 m von den Tierställen angelegt. Pro Fläche (25 * 25 m) wurden 5 Probepunkte angelegt und bis maximal 2,0 m Tiefe schichtweise beprobt.

Risikoabschätzung der Emittenten

Zur Abschätzung des Risikos für den Wald, das von den Landwirtschaftsbetrieben Brandenburgs ausgeht, wurden die Ammoniakemissionen (Emissionsfaktor * Anzahl Tierplätze) den bekannten Schwellwerten gegenüber gestellt. Der Grenzwert der TA – Luft von 10 µg/ NH3 m³ wird bereits bei Quellstärken von 5 t NH3 / a in 100 m Entfernung von den Ställen überschritten. Anhand der Messungen der Immissionskonzentrationen mittels Passivsammler ist die Abnahme der NH3 – Konzentration in Abhängigkeit von der Entfernung (Abb. 1) nachweisbar. Hohe bis sehr hohe Konzentrationen werden noch bis 500 m vom Emittenten nachgewiesen. Neben der Modernisierung und Zunahme der Tierhaltung in Brandenburg wurden in den vergangenen Jahren mehr als 150 Biogasanlagen mit zunehmender Leistung errichtet. Diese Anlagen arbeiten umweltfreundlich und stellen hinsichtlich des N – Eintrages für den Wald kein erhöhtes Risiko dar.

Wirkungen auf den Waldstandort Humusauflagen und Mineralboden

Dem Boden kommt eine Schlüsselfunktion im Stoffhaushalt der Waldökosysteme zu. Durch N – Einträge steigen die N - Gehalte in den Humusauflagen, die bodenbiologische Aktivität wird angeregt, es erfolgt eine verstärkte Mineralisierung der Humusauflagen. Die Folge ist eine Verengung der C/N-Verhältnisse.

Auch die Versauerung der Böden infolge der Nitrifizierung des Ammonium wird bei hohen Einträgen prognostiziert.

In Abbildung 2 sind Boxplots der N – Gehalte von 128 Humusauflagen in Kiefernbeständen dargestellt, die sich im Bereich unterschiedlich hoher NH3 – Immissionskonzentrationen der Luft befinden.

Anhand der Abbildung wird deutlich, dass es keinen statistisch gesicherten Zusammenhang zwischen den N – Konzentrationen in der Luft und den N - Gehalten der Humusauflagen gibt. Tierart, Standortsunterschiede, Bestandesalter sowie forstliche Maßnahmen wirken differenzierend und überlagern das Eintragsgeschehen. Ähnliche Ergebnisse stellte Mohr et al. (2011) vor.

Auf den Sandböden in Brandenburg wird auf den nährstoffarmen Standorten eine verstärkte Basenauswaschung festgestellt. Dies führt zu Mg - und K – Mangel in anlagennahen Kiefernbeständen. Tendenziell wird im Umfeld von Tierhaltungen somit aktuell eine zunehmende Basenverarmung und nachfolgende Versauerung der Humusauflagen festgestellt.

Wirkungen auf die Bestände

Anhand der Bestandesbilder lässt sich die Intensität der N – Einträge abschätzen. Neben den oben beschriebenen bodenchemischen Veränderungen führt Stickstoff im Übermaß zu Schäden an den Gehölzen bis hin zur Artenverschiebung der Bodenvegetation. So nimmt bei den Gehölzen die Frostresistenz ab, die Stomata wird vergrößert und damit die Transpiration erhöht. Durch verstärkte Kronenbrüche entstehen schwere Missbildungen in der Kronenarchitektur.

Die Schadmerkmale werden mit jeweils 5 Stufen zu Schadklassen zusammengefasst. Die Schadensklassen korrelieren eng mit den mittleren Immissionskonzentrationen der Standorte. In Abbildung 3 ist der Zusammenhang zwischen der Schadensklasse (Mittelwert aus der Bewertung der Nadelverluste, der Bestandesauflichtung, der Verfärbungen, der Vergrasung und des Befalls mit Pilzen, Insekten) dargestellt worden. In Beständen ohne erkennbare Schäden werden Ammoniakkonzentrationen der Luft <5 µg/ m³ Luft ausgewiesen. Stark geschädigt sind alle Bestände mit Ammoniakkonzentrationen der Luft > 15 µg/ m³.

Biochemische Bewertung

Neben der visuellen Bewertung der Schadintensität in Beständen sind Untersuchungen der Blatt- oder Nadelspiegel­werte zur Beurteilung des aktuellen Schadgeschehens geeignet. Aufgrund der Komplexität des Schadgeschehens sind zur eindeutigen Identifizierung biochemische Untersuchungen erforderlich.

Bei erhöhten Ammoniakkonzentrationen der Luft wird vor allem Arginin innerhalb des Spektrums der Aminosäuren in den Nadeln oder Blättern angereichert. Darin ist sowohl eine Form der Stickstoffspeicherung als auch ein pflanzlicher Entgiftungs­mechanismus zu sehen. So gilt die Aminosäure Arginin als der Indikator für die Kennzeichnung der Stickstoffbelastung (Abb. 4) der Gehölze.

Handlungsempfehlungen für den Praktiker

Neben der Risikoabschätzung der Emittenten, der Bewertung der Wirkungen von Stickstoffeinträgen auf den Wald sind für den Praktiker vor allem die Handlungsoptionen von Interesse, die sich im Rahmen eines Genehmigungs­verfahrens anbieten. Nachfolgend sind einige Aspekte aufgeführt:

  • Waldumbau zu Mischbestände, Förderung der Stickstoffverwertung durch die Bestände, Anbau von N – verträglichen Gehölzen.
  • Waldrandgestaltung
  • Aufbau von Immissionsschutzwald, bei bodennaher Lüftung auch Erdwälle und Schutzzäune.
  • Schaffung nahezu geschlossener Stoffkreisläufe durch Aufbau von Kurzumtriebsplantagen (Energieholzanbau)

Liegen Hinweise vor, dass Ökosysteme oder empfindliche Pflanzen gefährdet sind, werden die Forstbehörden, als TÖB durch das LUA in das Genehmigungsverfahren eingebunden. Hierbei sind durch die TÖB eine Reihe von Prüfschritten erforderlich, um Schäden in den Wäldern zu verhindern. Die praktische Verfahrensweise sollte folgende Schritte (Abb. 5) enthalten:

  • Vorprüfung, Klärung der Emissionssituation im Großraum, Viehdichte u. w. nach TA – Luft. Vertiefende Erläuterungen sind im LAI – Papier enthalten.
  • Fast zeitgleich sollten solche Fragen, wie Schutzstatus des Gebietes, Eigentumsform und Waldfunktion geprüft werden.

Gibt es hierbei keine Einschränkungen kann aus forstlicher Sicht die Zustimmung erfolgen. Sind allerdings Gefährdungen des Waldes durch die geplante Tierhaltung zu erwarten, sollte der TÖB die Forderung nach einem Sachverständigengutachten (Waldgutachten) stellen.

Fazit

Mit den vorliegenden Untersuchungen werden ausgewählte Aspekte zur sachgerechten Einschätzung und Beurteilung von Tierhaltungen in der Nähe von Wäldern dargestellt. Ausgehend von einer zunehmenden Industrialisierung der Landwirtschaft bestehen aktuell Wissensdefizite bei der Risikoabschätzung dieser Anlagen.

Deutliche Schäden in den Beständen werden bei Ammoniakkonzentrationen der Luft oberhalb von 15 µg / m³ nachgewiesen. Hohe bis sehr hohe Konzentrationen werden noch bis 500 m vom Emittenten gemessen. Neben der Modernisierung und Zunahme der Tierhaltungsanlagen in Brandenburg wurden in den vergangenen Jahren auch mehr als 150 Biogasanlagen errichtet. Diese Anlagen arbeiten umweltfreundlich und stellen hinsichtlich des N – Eintrages für den Wald kein erhöhtes Risiko dar.

Tendenziell wird im Umfeld von Tierhaltungen eine zunehmende Versauerung der Humusauflagen festgestellt. Hier sind neue Konzepte für die Behandlung und Revitalisierung der Standorte erforderlich. Neben der visuellen Bewertung der Schadintensität in Beständen sind Untersuchungen der Blatt- oder Nadelspiegel­werte zur Beurteilung des aktuellen Schadgeschehens geeignet. Aufgrund der Komplexität des Schadgeschehens sind zur eindeutigen Identifizierung biochemische Untersuchungen erforderlich. So gilt die Aminosäure Arginin als der Indikator für die Kennzeichnung der Stickstoffbelastung der Gehölze.

Im Rahmen einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Minderung der Stickstoffwirkungen stellt ein funktionsgerechter Immissionsschutzwald eine wirksame Möglichkeit dar, die Folgen von Emissionen zu mindern.

Literatur

Mohr, K.; Suda, J.; Kiehne, S.; Arends, F.; Landscheidt, S.; Pünjer, L. – S. (2011): Untersuchungen zur Bewertung der Auswirkungen von Ammoniak- und Stickstoff – Depositionen auf Pflanzen und Ökosysteme im Nahbereich von Stallanlagen. Oldenburg, Forschungsbericht 117 S.

Interne Links

  • Stickstoffeintrag in den Wald: was tut die Landwirtschaft dagegen?