Substratfeuchte - eine wichtige Auswerteeinheit der Standorstserkundung in Sachsen

Substratfeuchte - eine wichtige Auswerteeinheit der Standorstserkundung in Sachsen

Die Substratfeuchte ist ein wichtiges standortdifferenzierendes Merkmal, welches - insbesondere im Tiefland - dem Praktiker helfen soll, die Baumartenwahl zu verbessern. Auf der Maßstabsebene 1:10.000 soll diese neue Auswerteeinheit in regionale Klima- bzw. Wasserhaushaltsmodelle Sachsens einfließen. Neben der Betriebsrelevanz ist die Substratfeuchte auch für Modellierungen von großem Nutzen.

Um in der forstwirtschaftlichen Landnutzung erfolgreich zu sein, ist eine standortsangepasste Baumartenwahl unerlässlich. Voraussetzung dafür ist die differenzierte Bewertung des Standortes und eine auf diesen abgestimmte Bestockung. Die Bewertung des Standortwasserhaushaltes findet sich auch in Standortskarten. Im Zuge der vielfach prognostizierten Klimaveränderungen nimmt zukünftig die Bedeutung des Bodenwasserhaushaltes zu.

Es stellt sich daher die Frage, ob die vorhandene standortskundliche Bewertung des Bodenwasserhaushaltes in den Stamm-Standortsgruppen des Ostdeutschen Kartierverfahrens ausreichend ist? Zumindest für sickerwassergeprägte Standorte trifft dies nicht zu. In Ermangelung von regionalspezifischen Messdaten ist zunächst durch eine erneute Auswertung von Primärdaten der Standortserkundung eine Verbesserung dieser Bewertung möglich.

Für die Prognose des Bodenwasser- und Stoffhaushaltes sind Kenntnisse über die hydraulischen Eigenschaften der Böden eine wichtige Voraussetzung. Je nach Modellansatz werden für die Regionalisierung bestimmte Parameter benötigt, die aus der derzeitigen digitalen Standortskarte nicht abzuleiten sind.

Daher ist es nötig, die vorhandenen Informationen auf der Ebene der Kartiereinheit (Lokalbodenform) flächig abrufbar zu machen. Mittels Informationen zu Körnung und Schichtung lassen sich über die Verwendung von Pedotransferfunktionen (PTF) wichtige Kennwerte des Bodenwasserhaushaltes quantitativ ableiten. Damit ist die Bewertung des Bodenwasserhaushaltes besser reproduzierbar und erfolgt in höherer Auflösung.

Für die Verwendung von Aufnahmegrößen aus der Standortskartierung als Eingangsparameter für Modelle wird vom Arbeitskreis Standortskartierung (AKSK) vorausgesetzt, dass alle Möglichkeiten zur Quantifizierung der Standortsdaten ausgenutzt werden, was derzeit nur vereinzelt geschieht. Im Zuge der Kartierung sollten zukünftig die wichtigsten Parameter des Bodenwasserhaushaltes an Leitprofilen gemessen oder zumindest quantitativ geschätzt werden, nachdem an Meßdaten von Leitprofilen geeicht wurde.

Um der Quantifizierung der Wasserhaushaltseinschätzung sächsischer Böden gerecht zu werden, ist die Auswertung von Primärdaten und eine nachträglich vorgenommene Klassifizierung der Substratfeuchte anhand geschätzter Werte der nutzbaren Feldkapazität von Standardprofilen nötig.

Der potentiell nutzbare Bodenwasserspeicher (nutzbare Feldkapazität – nFK, nutzbare Wasserkapazität – nWSK) wird als Stammeigenschaft betrachtet und kann als "Bodenspeicherfeuchte" bezeichnet werden. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil der Substratfeuchte, die auch den Geländewasserhaushalt und den Einfluss von Zustandseigenschaften (Humusgehalt, -auflage, Durchwurzelungsintensität) auf das Bodenfeuchteangebot beinhaltet. Da der Einfluss der Zustandseigenschaften derzeit schwer quantifizierbar ist, wird die Bodenspeicherfeuchte heute vereinfachend der Substratfeuchte gleichgesetzt.

Die Substratfeuchte ist ein wesentliches standortsdifferenzierendes Merkmal. Insbesondere im Tiefland erweist sie sich als gut geeignet, die standörtlichen Grundlagen der Baumartenwahl zu verbessern. Die richtige Zuordnung innerhalb der Schwankungsbreite kann aber entscheidend für die konkrete Beteiligung von Mischbaumarten auf einer Fläche sein. Außerdem eignet sich diese Auswerteeinheit, auf Ebene regionaler Raumplanungen eine differenziertere Ausweisung von verschiedenen Planungsräumen bzw. deren fachlich fundiertere Untersetzung zu ermöglichen.

Die Auswertung bzw. Verfügbarmachung vorhandener Daten zu Bodenart, Schichtung und Skelettgehalt durch die Flächen- und Punktdatenanalyse sind elementare Voraussetzung für die anschließende Quantifizierung der Substratfeuchte.

Das Lokalbodenformeninventar wird in der Flächendatenanalyse nach drei Zuordnungsstufen, mit den idealisierten Merkmalen der Lokalbodenform klassifiziert:

I. Bodenart und deren Profilabfolge (Bodenartentyp)

II. Horizontgenesetyp und -ausprägung

III. sonstige induktive Merkmale

Punktbezogene Eingangsdaten (z.B. von Weiserprofilen) sollten in einem Datenbestand zu fusionieren sein und hinsichtlich Qualität und Quantität analysiert werden. In der Punktdatenanalyse wird mit Hilfe der näheren Beschreibungen die Flächeninformation verbessert, woraus sich ein mittleres flächenbeschreibendes Idealprofil der Lokalbodenform ergibt, was für die Ableitung der nutzbaren Wasserkapazität und die Abgrenzung zwischen den Substratfeuchteklassen oder -stufen erforderlich ist.

In der Konzeptphase werden mit Hilfe von alten Punktdaten (Weiserpunkte der Standortskartierung mit Profilbeschreibung und gemessener Korngrößenverteilung) die idealisierten Flächendaten zunächst validiert bzw. präzisiert und dann die Informationen zur Bodenart und zum Skelettgehalt in die Klassifikation der KA 5 übersetzt. Zudem wurden aus diesen Punktdaten Informationen zur Trockenrohdichte und zur Schichtmächtigkeit entnommen. Die Lokalbodenform ist als Flächenbodenform aufzufassen, deren Beschreibung durch Punktdaten auf einen Zielmaßstab des Flächendatensatzes von 1:10.000 angelegt ist.

Für die spätere Einbeziehung regionaler und flächenspezifischer Besonderheiten und die damit räumliche Verknüpfung von Punkt- und Flächeninformation (Qualifizierungsphase) sind die Georeferenzierung vorhandener Punktdaten und der Abgleich mit Merkmalen des zum Punkt gehörenden Flächenpolygons notwendig.

Der Zieldatensatz selbst ist nach Parametrisierung mit Flächen- und Punktdaten als neuer Flächendatensatz aufzufassen, der wiederum einer Flächendatenanalyse zu unterziehen ist, um einerseits typische Bodenartentyp-Gesellschaften aus Bodenartentypengruppen in den Grenzen der Wuchsbezirke zu bilden und andererseits eine Interpretation der Bodenartenprofil-Gesellschaften nach Substratfeuchte zu ermöglichen. Die entstehenden Untereinheiten können dann als eine Art Bodenartenmosaiktyp aufgefasst werden

Im PTF-Vergleich anhand von 489 Waldbodenhorizonten Sachsens unter der Maßgabe, dass die Ableitung der nutzbaren Feldkapazität mit den vorhandenen Daten nur mit Hilfe einer diskontinuierlichen PTF möglich ist, steht eine gut geeignete Schätzhilfe zur Verfügung, um die Substratfeuchte mit Primärinformationen zu Körnung, Schichtung und Skelettgehalt zu quantifizieren und auf der Ebene der kleinsten Kartiereinheit (Lokalbodenform) zu regionalisieren. Für etwa 80 Bodenhorizonte liegen bereits Messungen zu hydraulischen Eigenschaften von weit verbreiteten Lokalbodenformen vor, mit deren Hilfe die Werte modifiziert wurden. So wurde für jede sickerwassergeprägte Lokalbodenform das Idealprofil dieser Form in dm-Schritten bis max. 160 cm Tiefe bezüglich der nutzbaren Wasserkapazität berechnet. Für die anschließende Einordnung in das Klassifikationsschema wurden die dm-Werte für die Tiefen 40, 80 und 160 cm aufsummiert und jeweils auf 5 mm gerundet.

Die Klassifikation der Substratfeuchte ist stark an die von KONOPATZKY vorgeschlagene Einteilung angelehnt und erfolgt nach der dort genannten Variante "a" als feste Zuordnung von Mittelwerten zur Lokalbodenformen. Neu ist dabei die Erweiterung auf Bodenformen des Mittelgebirgs- und Hügellandbereichs. Außerdem gibt es einige Unterschiede in der Herangehensweise an die Substratfeuchtekennzeichnung. So wurde z. B. auf die Bewertung der organischen Auflage verzichtet und eine andere Standard-Bewertungstiefe (80 statt 160 cm) verwendet. Außerdem wird die Datenlage zur, unter Feldbedingungen entscheidenden, ungesättigten Wasserleitfähigkeit als so unbefriedigend eingeschätzt, daß das Entwässerungsverhalten der einzelnen Lokalbodenformen nicht hinreichend befriedigend taxiert werden kann.

Die hier vorgestellten vorläufigen Grenzwerte der einzelnen Klassen folgen einem ökologischen Ansatz. Deutlich wird das durch die unregelmäßigen Klassenbreiten insbesondere zwischen "speichertrocken" und "speicherfrisch". Der Grund dafür ist die aus Erfahrungswissen generierte standortsökologisch vorgegebene Trennung bestimmter häufiger Bodenformen, wobei allerdings in weiteren Untersuchungen geklärt werden muss, ob die Trennung bzw. die Grenzwerte tatsächlich ökophysiologisch relevant bzw. korrekt sind.

Die einzelnen Bewertungstiefen 40, 80 und 160 cm wurden zum einen wegen ihrer Relevanz bei der Abgrenzung von Lokalformen verwendet und zum anderen fließen durch die Bewertung unterschiedlicher Tiefen Informationen zur Schichtung der Substrate in integrierter Form ein. Der Bezug der mittleren Bewertung einer Bodenform bzw. eines Substrattypes auf 80 cm ist wegen des häufigen Schichtwechsels innerhalb der Tiefe von 40 bis 80 cm und wegen der Klassifizierung von weniger tiefgründigen Böden insbesondere im Hügelland und Mittelgebirge angebracht. Außerdem entspricht der Haupterschließungsbereich der Wurzeln häufig dieser Tiefenstufe.

Trotzdem soll die Bewertung der anderen Tiefenstufen zur Kennzeichnung der Substratfeuchte immer mitgeführt werden. So kann beispielsweise der Verjüngungserfolg einer Baumart entscheidend davon abhängig sein, ob eine mächtigere Sanddecke mit der Einordnung in "speichertrocken" in den ersten 40 cm über dann einsetzenden besser zur Wasserspeicherung fähigen Substanzen vorhanden ist,.

Aufbauend auf die bisherige konzeptionelle Karte der nutzbaren Wasserkapazität im Maßstab 1: 10.000 wurde neu eine klassifizierende Kennzeichnung der Substratfeuchte vorgenommen. Diese stellt trotz ihres Konzeptcharakters eine wesentliche Verbesserung der Bewertungsgrundlagen des Standortswasserhaushaltes dar und findet als planungs- und entscheidungsrelevantes, differenzierendes Standortsmerkmal Verwendung.

Zukünftig ist bei Wechsel von der im Wesentlichen durch standortskundliches Erfahrungswissen geprägten Konzeptphase in die Qualifizierungsphase eine laboranalytische Untersuchung hydrologischer Eigenschaften und von Texturmerkmalen der Standardprofile erforderlich: Einerseits um die notwendige Qualifizierung der Mittelwerte für Substrattyp bzw. Lokalbodenform zu erreichen und andererseits als notwendige Grundlage für Modellierungen.

Zur Bewertung der Erklärungsgenauigkeit der Standardprofile sollten Möglichkeiten der Repräsentanzanalyse genutzt werden. Dazu sollte die Auswertbarkeit des Punktdatenbestandes noch verbessert werden. Insbesondere die strukturierte Digitalisierung von Punktdaten in Form auswertbarer Datenbanken ist dabei voranzutreiben. Die Präzisierung des Verdichtungsbedarfes und die dynamische Korrektur der Substratfeuchtekarte (Flächendatensatz) mit neu verfügbaren Punktdaten werden damit erst möglich. Außerdem sollten die Grenzen der einzelnen Substratfeuchteklassen hinsichtlich ihrer ökophysiologischen Relevanz für die wichtigsten Baumarten überprüft werden.

Alle ostdeutschen Bundesländer besitzen nach einer einheitlichen Standortserkundungsanleitung (SEA) erhobene Datenkollektive in der Forstlichen Standortserkundung und sind in unterschiedlicher Intensität bestrebt, die Lokalbodenformen in ein System der Substratfeuchteklassifizierung einzuordnen. Daher sollte eine Harmonisierung der Einstufungen, zumindest der über Ländergrenzen hinweg vorkommenden Lokalbodenformen, angestrebt werden.

• Konopatzky, Alexander 1998: Kennzeichnung der substratbedingten Feuchte von grundwasserfernen Standorten mit Hilfe der Standortskartierung und ihre Anwendung. (unveröffentlichtes Manusskript)