Bodenchemie: Gibt es langfristige Veränderungen in Brandenburgs Wäldern?

Im Rahmen der Forstlichen Umweltkontrolle im Land Brandenburg werden auf sechs Dauerbeobachtungsflächen (DBF) seit mehr als 15 Jahren kontinuierlich chemische Kennwerte des Bodensickerwassers untersucht. Die langjährigen Messreihen lassen Rückschlüsse auf wesentliche ökochemische Prozesse in diesem Zeitraum zu. Anhand von Ionenkonzentrationen und daraus abgeleiteten Indikatoren sind sowohl Aussagen zur Dynamik der Bodenversauerung und Entbasung als auch zu möglichen Belastungen der Vegetation durch Kationsäuren möglich.

Dauerbeobachtung des Bodensickerwassers

Im vorliegenden Beitrag werden ausgewählte Kennwerte des Säure-Basen-Zustands exemplarisch für die beiden Dauerbeobachtungsflächen Beerenbusch (DBF 1202) und Neusorgefeld (DBF 1205) dargestellt und mit Blick auf die dahinter stehenden Prozesse interpretiert. Einen Überblick zu Bestockung und standörtlicher Einordnung dieser beiden Flächen gibt Tabelle 1.

Tabelle 1: Bestockung und standortskundliche Kennzeichnung der Beobachtungsflächen Beerenbusch (DBF 1202) und Neusorgefeld (DBF 1205). Mittelwerte der Periode 1961-1990; VZ=Vegetationszeit

FlächeNeusorgefeld (DBF 1205)Beerenbusch (DBF 1202)
Bestand Kiefer, begründet 1924 Kiefer, begründet 1932
Pot. natürliche Waldgesellschaft Blaubeer- Kiefern- Traubeneichen- Wald Schattblumen- Eichen- Buchen-Wald
Feinbodenform Bärenthorener Sand-Braunerde Tasdorfer Sand-Braunerde
Bodentyp schwach podsolige Braunerde schwach podsolige Braunerde
Wuchsgebiet Düben-Niederlausitzer Altmoränenland Mittelmecklenburger Jungmoränenland
Wuchsbezirk Lausitzer Grenzwall Rheinsberg-Mirower Seenmoräne
Nährkraftstufe ziemlich arm mäßig nährstoffhaltig
Wasserhaushaltsstufe mäßig trocken mäßig trocken
Klimafeuchte mäßig trocken feucht
Niederschlag Jahr
570 mm 600 mm
Niederschlag VZ 367 mm 344 mm
Lufttemperatur 8,3 °C 8,1 °C
Lufttemperatur VZ 14,3 °C 13,8 °C

Methodik der Probennahme und -aufbereitung

Die Entnahme der Bodenlösung erfolgt in einem Lysimeterschacht (Abb.1) mit Hilfe von Unterdrucksaugsonden aus der Humusauflage sowie aus 15 cm, 70 cm und 250 cm Tiefe. Im Abstand von zwei Wochen werden die Proben abgeholt und in das Zentrale Ökologische Labor der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) gebracht. Zur Probenvorbereitung erfolgt eine Membranfiltration (Handbuch Forstliche Analytik Teil C). Die Analyse geschieht per Ionenchromatographie (ICP-AES; Handbuch Forstliche Analytik Teil D). Die Auswertung wird durch das Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde (LFE) durchgeführt. Der Zeitvergleich der Messwerte erfolgt im vorliegenden Beitrag für die drei Pentaden 2000-2004, 2005-2009 sowie 2010-2014.

pH-Wert der Bodenlösung

Auf der Fläche Beerenbusch (DBF 1202) ist während des Beobachtungszeitraums eine Absenkung des pH-Werts in der Humusauflage um 0,60 auf den Wert 4,83 (Median der Pentade 2010-2014) zu beobachten (Abb. 2). In den Tiefen 15 cm und 70 cm sind die Werte annähernd konstant bei ca. 4,50. Die Messung in 250 cm Tiefe zeigt ungerichtete Schwankungen des pH-Werts: der Median lag in der Pentade 2000-2004 bei 5,17, 2005-2009 bei 5,77 und 2010-2014 bei 5,38. Es fällt auf, dass der pH-Wert der Humusauflage höher ist als in den oberen Mineralbodenschichten.

Die Fläche Neusorgefeld (DBF 1205) ist durch deutlich niedrigere pH-Werte geprägt (Pentade 2000-2004: in der Humusauflage 3,92), die in den letzten zehn Jahren tendenziell angestiegen sind (2005-2014: in der Humusauflage 4,26). Die pH-Werte in 15 cm und 70 cm Tiefe liegen relativ stabil bei ca. 4,40. Auffallend sind konstant äußerst niedrige pH-Werte in der Tiefe 250 cm (Median ca. 3,90).

Verhältnis der basischen Kationen zu Aluminium

Neben dem pH-Wert gilt das Verhältnis zwischen der Summe der sogenannten basischen Kationen (BC = K+Ca+Mg+Na) und Aluminium als bedeutender chemischer Parameter zur Kennzeichnung der Sickerwasserqualität von Waldökosystemen. Als kritische Schwelle wird ein BC/Al-Verhältnis von 1 angenommen; darunter werden Beeinträchtigungen der Vegetation durch Wurzelschäden und die Behinderung der Nährstoffaufnahme zunehmend wahrscheinlich.

Auf der Dauerbeobachtungsfläche Beerenbusch liegt das BC/Al-Verhältnis während des gesamten Beobachtungszeitraums über dem kritischen Schwellenwert. Aus den Messwerten der Tiefenstufe 250 cm geht hervor, dass der Boden noch nicht vollständig entkalkt ist und Aluminium von basischen Kationen gepuffert wird: die Werte liegen in dieser Tiefe um 1 bis 2 Zehnerpotenzen über denen des Oberbodens (Abb. 3).

Die Fläche Neusorgefeld weist eine hohe Dynamik des BC/Al-Verhältnisses in allen Messtiefen auf; generell ist eine signifikante Abnahme der Werte zu beobachten. Insbesondere in den Messtiefen 15 cm und 250 cm treten in der letzten Dekade gehäuft kritische Werte <1 auf (Abb. 3).

Aziditätsgrad der Bodenlösung

Mit dem Aziditätsgrad lässt sich der Säurezustand von Bodenlösungen charakterisieren. Er errechnet sich aus dem Verhältnis von sauren Kationen (H, Fe, Al, Mn) zur Summe aus sauren und basischen Kationen (Ca, Mg, K, Na). Die Bewertungsstufen des Aziditätsgrades gehen aus Abb. 3 hervor. Für die dargestellten Flächen bestätigt dieser Kennwert die Befunde zum BC/Al-Verhältnis und unterstreicht insbesondere die hohe Versauerungsdynamik auf Fläche Neusorgefeld (DBF 1205). Relativ konstant und deutlich niedriger sind die Werte auf Fläche Beerenbusch (DBF 1202) (Abb. 4).

Zusammenfassung und Folgerungen

Der Vergleich der beiden Dauerbeobachtungsflächen Beerenbusch (DBF 1202) und Neusorgefeld (DBF 1205) lässt trotz stark streuender Einzelwerte folgende Interpretation der Messdaten hinsichtlich der gegenwärtig ablaufenden ökochemischen Prozesse zu:

Die im nördlichen Brandenburg gelegene Fläche Beerenbusch ist aufgrund des jungpleistozänen Substrates (Entkalkungstiefe: 1,4 m) weniger stark versauert als die Fläche Neusorgefeld.

Im Humus ist der pH-Wert der Bodenlösung gegenüber dem Mineralboden erhöht, was auf die hier wirksamen sogenannten Basenpumpeneffekte hinweist. Das heißt, dass die tief wurzelnden Waldbäume in der Lage sind, dem Untergrund Nährstoffkationen zu entnehmen, die später mit dem Laubfall und der Streumineralisierung in den Oberboden gelangen. Die Kennwerte der Lösungschemie sind auf dieser Beobachtungsfläche über den betrachteten Zeitraum relativ konstant und im Verlauf stabil.

Demgegenüber ist die im südlichen Teil Brandenburgs gelegene altpleistozäne Beobachtungsfläche Neusorgefeld natürlicherweise stärker versauert und tiefgründiger entbast.

Dieses ist die Folge einer geringeren Pufferkapazität des geologisch älteren und deshalb ärmeren Ausgangsgesteins. Die Fläche wurde jedoch in den 1970er und 1980er Jahren aufgrund ihrer Lage in hohem Maße durch atmosphärische Stoffeinträge – neben Schwefeloxiden durch basische Stäube aus Flugaschen von Braunkohlekraftwerken - belastet. Die kontinuierliche Auswaschung dieser über die Atmosphäre eingetragenen und im Boden angereicherten Basen lässt sich anhand der Bodenlösungschemie gut nachvollziehen. Die bodenchemischen Verhältnisse sind hier insofern deutlich dynamischer als auf der Fläche Beerenbusch. Der erhöhte Basenaustrag der Fläche Neusorgefeld scheint nun abgeschlossen und der Boden befindet sich aktuell - gemessen anhand des BC/Al-Verhältnisses und des Aziditätsgrads - auf einem für anspruchsvolle Baumarten kritischen Versauerungsniveau.

Auf dieser und vergleichbaren Flächen gilt es nun in besonderem Maße, die Intensität der forstlichen Nutzung an die aktuelle Nährstoffausstattung der Standorte anzupassen und langfristig ausgeglichene Stoffbilanzen sicherzustellen.

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