Vom Punkt zur Fläche - Regionalisierung von Ergebnissen des Umweltmonitorings in Sachsen

Forstliches Umweltmonitoring

In den 70er und 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts starben in höheren Lagen sächsischer Gebirge auf großen Flächen Fichtenbestände ab. Neben einer intensiven Ursachenforschung wurde daraufhin für die Auswirkungen von Luftverschmutzungen auf die Wälderein ein weitreichendes Überwachungsverfahren etabliert.

Dieses forstliche Umweltmonitoring wurde in seinen Methoden ständig weiterentwickelt und europaweit harmonisiert. Seit 1991 existiert wie in den anderen Bundesländern auch in Sachsen ein systematisches Stichprobennetz für die jährliche Ansprache des Kronenzustandes der Waldbäume und die periodische Analyse des Bodenzustandes (1992 & 2007). Das heute vom Staatsbetrieb Sachsenforst betriebene Netz besteht aus 280 Erhebungspunkten in einem Raster von 4 x 4 km.

Statistik und Geoinformationen machen’s möglich

Das Monitoring liefert Ergebnisse zum bodenchemischen Milieu, der Nährstoffverarmung und Versauerung, sowie zum Kronenzustand der Waldbäume für die Wälder Sachsens. Aus den flächenkonkreten Daten einzelner Stichprobenpunkte können jedoch nicht unmittelbar Aussagen für die konkreten Verhältnisse zum Waldeigentum einzelner Waldbesitzer oder bestimmter Regionen getroffen werden.

Geostatistische Methoden ermöglichen jedoch eine Regionalisierung der punktweise erhobenen Daten. Dabei werden flächig vorliegende geografische Informationen durch regressionsanalytischer Statistik mit punktweise vorliegenden Daten verknüpft.

Basis für die Regionalisierung der Boden- und Waldzustandserhebung sind Daten des forstlichen Geoinformationssystems (GIS). Die Regressionsmodelle des Krigings beinhalteten Parameter aus der digitalen Standortskarte der Wälder Sachsens, des digitalen Höhenmodells (DHM) und den Bestandesdaten der Forsteinrichtung.

Entscheidungsgrundlage für Forstpraxis und Umweltpolitik

Mittels dieser Regionalisierung liegen nunmehr zuverlässige Datenvorhersagen auch für Standorte vor, zu denen keine konkreten Messdaten existieren. Sie liefern Flächenbilanzen zum aktuellen Versauerungsgrad und zur Nährstoffverfügbarkeit der Waldböden. Öffentliche und politische Entscheidungsträger können zur Wiederherstellung bzw. Verbesserung der Waldökosystemfunktionen somit auf flächenhafte Basisdaten zur Bewertung des Bodenzustandes zurückgreifen.

Die Ergebnisse unterstreichen die bisherigen Annahmen einer großflächigen Nährstoffverarmung der sächsischen Waldböden. Dies betrifft speziell den Bereich des Erzgebirges mit über Jahrzehnte herrschenden und teils immensen Säurebelastungen durch Schwefel- und Stickstoffeinträge. Pflanzennährstoffe wie Calcium, Magnesium und Kalium wurden verstärkt von ihren Bindungs- bzw. Austauschplätzen im Boden verdrängt und haben das Ökosystem mit dem Sickerwasser unwiederbringlich verlassen. Bei Waldböden über Gneis, Phyllit, Schiefer, Granit und Sandstein liegt die Basensättigung - dies ist der pflanzenverfügbare Anteil der Elemente K, Ca, Mg und Na im Mineralboden - im Hauptwurzelbereich im Bereich von 10-15 % (vgl. Abbildung 1).

Regionalisierung identifiziert Problemgebiete

Die Verknüpfung des chemischem Bodenzustandes mit den Daten der Kronenzustandserhebung konnten die topographischen, bodenchemischen und substratspezifischen Einflussfaktoren auf die Vitalität der Wälder identifiziert und quantifiziert werden. Exponierte Kuppenlagen und südexponierte Hanglagen treten dabei als topographisch benachteiligte Standorte während der Jahrzehnte währenden Immissionsbelastung deutlich hervor (vgl. Abbildung 3).

Im Ergebnis erfolgte auch die qualifizierte Ausweisung der so genannten Immissionsschadzone, in der auch in Zukunft erhöhte Aufwendungen zur Sanierung des geschädigten Waldes erforderlich sind.

Szenarien bestätigen ökologisches Handeln

Die statistischen Modelle konnten auch zur Betrachtung verschiedener Szenarienarien genutzt werden. So wurden der Einfluss der Bodenschutzkalkung und der Einfluss der Baumartenzusammensetzung auf den Boden- und Kronenzustand abgebildet.

So zeigten die Modelle, dass unter der Annahme höherer Laubholzanteile eine sichtbar bessere Basen- bzw. Nährstoffausstattung, auftreten würde (vgl. Abbildung 2). Der Waldumbau ist im aktuell durch die Fichte dominierten Erzgebirge also eine die bodenökologischen Eigenschaften verbessernde und die Wälder somit langfristig stabilisierende Investition.

Auch die signifikant positive Wirkung der in Sachsen intensiv durchgeführten Bodenschutzkalkungen kann beim Vergleich der in Abbildung 4 dargestellten mittleren Nadel-/Blattverluste erkannt werden.

Abb. 4 a+b - Waldkalkung vermindert Kronenschäden: Links - tatsächliche Nadel-/Blattverluste im Bereich Eibenstock im Zeitraum 1999-2003; Rechts - modellierter Kronenzustand ohne Kalkung.