Klimatische Wasserbilanz

Das Erscheinungsbild von Wäldern und die Wuchsleistung der Waldbäume hängen vom Gesamtwasserhaushalt des Standorts ab. Ob in einem Gebiet der Wasserbedarf der Waldbäume für ein ungestörtes Wachstum ausreicht, kann in einem ersten Schritt aus der klimatischen Wasserbilanz ersehen werden. Sie ergibt sich aus der Differenz der Niederschlagssumme und der Summe der potentiellen Verdunstung über Gras. Ist diese negativ, so ist in normalen Jahren mit Wassermangel zu rechnen. Ist sie positiv, so ist kein Wassermangel zu erwarten. Dies gilt insbesondere für die Periode mit einem Tagesmittel über 10 °C: die Vegetationszeit. Außerhalb der Vegetationszeit füllen Niederschläge die Bodenwasserspeicher auf und darüber hinausgehende Niederschläge tragen zur Grundwasserbildung bei und speisen Bäche und Flüsse [1]. Der Deutsche Wetterdienst bietet in seinem Klimaatlas Karten zur klimatischen Wasserbilanz für Deutschland flächendeckend an.

Klimawandelbedingte Änderungen der Wasserbilanz

Aufgrund der bisher ungebremsten Emissionen klimaschädigender Gase steigen die globalen - und mit ihnen die Temperaturen in Deutschland immer weiter an. Auch die Niederschlagsmenge und Verteilung verändert sich stetig. Die sowohl im Sommer als auch in den Wintermonaten immer höher werdenden Temperaturen und die damit steigenden Verdunstungsraten, gehen insgesamt nur mit einer leichten Niederschlagsabnahme, dafür aber mit einer umso stärkeren Verschiebung der Niederschläge in die Wintermonate einher. Dabei wird es in Zukunft in den schon heute trockenen Regionen der östlichen Bundesländer und im Rhein-Main Gebiet eher noch trockener, während umgekehrt in den niederschlagsreicheren Regionen wie dem Norden, den Mittelgebirgen oder dem Alpenraum mehr Niederschlag fällt als verdunstet. Vor allem im Sommer ist die Zunahme ausgeprägter Trockenperioden sehr wahrscheinlich. All dies spiegelt sich in einer für das Pflanzenwachstum immer ungünstiger werdenden klimatischen Wasserbilanz wider [3].

Im Mittel hat die Luft- und Bodenfeuchte in Deutschland und Europa in den letzten 30 Jahren messbar abgenommen. Der Klimawandel begünstigt also nicht nur höhere Temperaturen, sondern langfristig auch eine insgesamt größere Trockenheit in der Luft wie im Erdboden, auch wenn gleichzeitig in einzelnen Gebieten Auftreten und Intensität von Starkregen zunehmen [4].

Waldökologisch wirksamer Niederschlag (wwN)

Im Rahmen der forstlichen Standorterkundung wird der Gesamtwasserhaushalt für jede Waldfläche beschrieben. Dabei wird in einem ersten Schritt der wwN in der realen Vegetationszeit bestimmt. Das ist der um die Interzeption verminderte Niederschlag am jeweiligen Ort. In einem weiteren Schritt werden die Waldböden in terrestrische, Stau- und Grundwasserböden gegliedert und getrennt dargestellt. Danach wird der Gesamtwasserhaushalt für die drei Bodengruppen jeweils getrennt hergeleitet.

Nutzbare Wasserspeicherkapazität (nFK)

Für terrestrische Böden wird die nFK als wichtige Komponente des Gesamtwasserhaushaltes bestimmt. Das Wasserangebot am jeweiligen Standort setzt sich aus den Teilen wwN und nFK zusammen. Der Wasserbedarf der Waldvegetation kann im Mittel mit 3 mm pro Tag in der Vegetationszeit angenommen werden. Genauere flächendeckende Werte konnten bisher auch mit hoch entwickelten Wasserhaushaltsmodellen nicht erarbeitet werden. Der Gesamtwasserhaushalt kann durch die Gegenüberstellung von Wasserangebot und Wasserbedarf beschrieben werden. Ist das Wasserangebot größer als der Bedarf, so wird das Waldwachstum in normalen Jahren durch Wassermangel nicht beeinträchtigt. Ist das Wasserangebot kleiner als der Bedarf, so ist Wassermangel an dem jeweiligen Standort zu erwarten. Je nachdem wie ausgeprägt der Wasserüberschuss bzw. der Wassermangel ist, werden die Flächen Gesamtwasserhaushaltsstufen von sehr trocken bis sehr frisch zugewiesen.

"Der Humusgehalt der Böden bestimmt wesentlich die Speicherung von pflanzenverfügbarem Wasser, leistet eine Vielzahl von biologischen und ökologischen Bodenfunktionen und trägt maßgeblich zur Ausbildung der Bodenstruktur bei. Außerdem schafft er Lebensräume für Bodenorganismen und nimmt als Speichermedium für Kohlenstoff (C) eine zentrale Funktion im Kohlenstoffkreislauf ein. Humus ist Speicher-und Puffermedium für Wasser, Nähr-und Schadstoffe und steuert wesentlich das Nähr-und Schadstoffrückhaltevermögen der Böden. Im Allgemeinen sind die Humusgehalte im Oberboden größer als im Unterboden und besonders empfindlich gegenüber nutzungsbedingten und/oder durch den Klimawandel ausgelösten Veränderungen" (UBA 2019). Bei Untersuchungen der Bayerischen Landesanstalt für Wald- und Forstwirtschaft (LWF) in den Bayerischen Alpen, wurde allein in einer 30-jährigen Periode der Verlust von über 10 % des Bodenhumus auf forstlich zu der Zeit nicht bewirtschafteten Waldflächen festgestellt, weshalb der Klimawandel als Verursacher vermutet wird.

Die Studie geht davon aus, dass das derzeit durch Wärme limitierte Baumwachstum unseres Klimas zukünftig eher durch Wassermangel begrenzt wird und daher der Aufbau, Erhalt und Pflege des Bodenhumus eine wichtige Rolle im Anpassungskonzept der Wälder an den Klimawandel zukommen muss. Stark aufgelichtete Wälder oder Kalamitätsflächen müssen demnach schnell wieder standortgemäß bestockt werden um der Vergrasung und besonders starkem Humusschwund infolge mikrobiellem Humusabbau und Bodenerosion zuvorzukommen. Durch eine dauerhafte standortgemäße Bestockung bzw. schonenden Waldumbau können vielfältige Bestandesstrukturen geschaffen und dauerhaft erhalten werden. Verbleiben Ernterückstände und Totholz (unter Berücksichtigung von Waldschutzaspekten) auf der Fläche, bildet dies die Grundlage für eine unverzichtbare Wasser- und Kohlenstoff speichernde Humusauflage (LWF 2013).

Gesamtwasserhaushaltsstufe

Stauwassergeprägte Böden werden nach der Tiefe des Staukörpers und der Länge der Nassphase in die Gesamtwasserhaushaltsstufen staunass, wechselfeucht, mäßig wechselfeucht, staufrisch und wechseltrocken unterteilt. Bei grundwassergeprägten Flächen richtet sich die Gesamtwasserhaushaltsstufe vor allem nach dem mittleren Grundwasserstand und wird mit den Wasserhaushaltsstufen nass bis grundfrisch beschrieben [2]. Der Einfluss der Niederschläge als Komponente des Gesamtwasserhaushaltes ist auf diesen Flächen gering. Für grund- und stauwassergeprägte Böden kann darüber hinaus auch die nFK bis zur Höhe des mittleren Grundwasserstandes bzw. bis zum Staukörper als ergänzende Information berechnet werden.

Fazit

Wie viel Wasser der Wald letztlich benötigt hängt von sehr vielen Faktoren ab. Etwa ob es sich um Laub-, Misch- oder Nadelwald handelt, denn Laubbäume transpirieren nur in der Vegetationsperiode, während Nadelbäume immer Wasser brauchen. Auch die Bestandesstruktur (Licht- und Schattenkrone), die Stellung der Bäume im Bestand oder das Vorhandensein von Unterbewuchs sind wichtige Faktoren [5]. Laut Raspe & Zimmermann (2008) zeigten beispielsweise "Untersuchungen an unterschiedlichen Beständen im niederschlagsarmen nordostdeutschen Tiefland, dass mit zunehmender Abdunkelung der Anteil der Bodenevaporation an der Gesamtverdunstung von 33 Prozent in einem Himbeer-Drahtschmielen-Kiefernforst (84 Jahre) auf zwölf Prozent in einem 101-jährigen Buchenwald sinkt. Gerade bei Durchforstungen mit dem Ziel, die Wasserversorgung im Bestand zu erhöhen, besteht daher die Gefahr, dass die aufwachsende Bodenvegetation den zunächst tatsächlich zurückgehenden Wasserverbrauch der Bestände schnell wieder auf das ursprüngliche Niveau anhebt."

Quellen

  1. STAKA, 2005: Mitteilungen des Vereins für Forstliche Standortskunde und Forstpflanzenzüchtung, Nr. 43: Waldökologische Naturräume Deutschlands. Herausgeber: J. Gauer, E. Aldinger, S. 324
  2. STAKA, 2003: Forstliche Standortaufnahme. Begriffe, Definitionen, Einteilungen, Kennzeichnungen, Erläuterungen. IHW-Verlag, Eching, 6. Auflage, S. 352
  3. Bildungsserver Hamburg , Wasserprobleme (regional), 2.1. Deutschland: LINK
  4. Meinert et al.(DWD) 2019: Ursachen und Folgen der Trockenheit in Deutschland
  5. Raspe & Zimmermann (2008): Im "Dunst" des Waldes - Wasserverbrauch des Waldes schwer messbar, BLW 39|26. 9. 2008Wald S. 55-56. LINK
  6. Prietzel & Christophel, Humusschwund in Waldböden der Alpen, LWF aktuell 97/2013 LINK
  7. Umweltbundesamt 23.8.2019: "Humusstatus der Böden" LINK

Weiterführende Literatur

  • Christian Kölling, Klimahüllen für 27 Waldbaumarten - AFZ-Der Wald 23/2007 LINK
  • Raspe & Zimmermann (2008): Im „Dunst“ des Waldes - Wasserverbrauch des Waldes schwer messbar, BLW 39|26. 9. 2008Wald S. 55-56. LINK
  • Zimmermann et al. (2008) Wasserverbrauch von Wäldern - Bäume und Bestände verdunsten unterschiedlich stark, LWF aktuell 66/2008 LINK