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Dr. Heike Puhlmann

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Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA)
Abt.-Leiterin Boden und Umwelt

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79100 Freiburg im Breisgau

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Fax: +49 (0)761 / 4018 - 333

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Artikel

Autor(en): Jürgen Schäffer
Redaktion: FVA, Deutschland
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Wasservorsorge in bewaldeten Einzugsgebieten

Während in überwiegend landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebieten das Rohwasser insbesondere durch Nitrat oder auch durch Pestizide belastet ist, stellen bewaldete Einzugsgebiete nach wie vor Quellen für unbelastetes und qualitativ hochwertiges Rohwasser dar. Die Zumischung geringer belasteten Rohwassers aus dem Wald ermöglicht es in vielen kleineren kommunalen Wasserversorgungen erst, dass Schadstoffgrenzwerte für die Trinkwassernutzung unterschritten werden. Die Sicherung der Qualität des Rohwassers aus bewaldeten Einzugsgebieten stellt daher ein hochrangiges Ziel dar, das bei der forstlichen Bodenbewirtschaftung zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.

Unter dem Oberthema "Wasservorsorge in bewaldeten Einzugsgebieten" fand am 02. und 03. Juni 2005 ein Kolloquium an der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt statt. Die Tagung wurde gemeinsam vom Arbeitskreis Waldböden der DBG (Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft) und der Sektion Wald und Wasser im Deutschen Verband Forstlicher Versuchs- und Forschungsanstalten (DVFVF) veranstaltet. In vier Themenblöcken wurden insgesamt 30 Beiträge in Vortrag bzw. Posterpräsentation dargestellt.

Waldböden als Filter und Puffer

Bachlauf im Wald
Abb. 1: Periodisch wasserführender Waldbach.
 
Bohrstock
Abb. 2: Probenentnahme für die Gewinnung der Bodenlösung. (Fotos: FVA)

Waldböden sind hochkomplexe Puffer- und Filtersysteme, die zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre wirksam sind. Aus der forstlichen Umweltüberwachung ist bekannt, dass die Böden im Zuge jahrzehntelang einwirkender anthropogener Stoffeinträge Teile ihrer Funktionalität eingebüßt haben. Hohe Säureeinträge, die die natürlichen Pufferraten aus der Gesteinsverwitterung überschritten haben, führten zu einer fortschreitenden Bodenversauerung. Eine versauerungsbedingte Verlagerung von Aluminium, Mangan aber auch von gelösten organischen Stoffen in den tieferen Mineralboden und in die Hydrosphäre ist auf vielen Standorten eingetreten bzw. zu befürchten. Während die Säureeinträge insbesondere durch den Einsatz von Filtertechnik in Großfeuerungsanlagen deutlich reduziert werden konnten, ist dies bei den Stickstoffeinträgen bisher nicht gelungen. Es ist zu erwarten, dass die Stickstoffbefrachtung weiterhin großflächig die Aufnahmefähigkeit von Waldökosystemen übersteigen wird und damit analog zur Landwirtschaft auch in den Waldböden Stickstoffüberschüsse in Form von leicht mobilisierbaren Vorräten anwachsen werden. Um dieses Risiko abschätzen und Gegenmaßnahmen planen bzw. im politischen Raum einfordern zu können, müssen geeignete Überwachungsinstrumente entwickelt und eingesetzt werden. Die Bewertung von Puffer- und Filterleistungen von Waldböden sowie eines potenziellen Gefahrstoffaustrags in die Hydrosphäre war zentrales Anliegen der Waldökosystemforschung in den vergangenen beiden Jahrzehnten und wurde auch in den bisher in Freiburg veranstalteten Kolloquien der Veranstalter thematisiert. Kausale Zusammenhänge zwischen Stoffeinträgen sowie der Verlagerung und Transformation von Stoffen im Wasserfaden können nur hergestellt werden, wenn der Stofffluss in Quantität und Qualität sowie in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung beschrieben werden kann.

Langfristiges Umweltmonitoring notwendig

Mit dem Datenmaterial aus den intensiv instrumentierten Fallstudien, den Messergebnissen von den Level-II-Messstationen und den Monitoringsystemen der Wasserwirtschaftsverwaltung steht hierfür eine umfassende Grundlage zur Verfügung. Aufbauend auf diesem Messreihen konnte das Wissen zu den steuernden Rahmenbedingungen des Stoffflussgeschehens wesentlich erweitert werden. Wie setzt sich z.B. der Stofffluss unter unterschiedlichen Baumarten und Baumartenmischungen zusammen oder wie wirkt sich der Waldbumbau auf das Stoffflussgeschehen aus? Wie wirken Bodenschutzkalkungen auf die Stoffflüsse? Aus den Beobachtungen konnten Hinweise für ein Waldökosystemmanagement gegeben werden, das darauf ausgerichtet ist, Stoffverluste (z.B. Austrag von Problemstoffen aber auch von essentiellen Nährelementen) zu minimieren. Die Zeitreihen ermöglichen es heute, mittel- und längerfristige Trends der Entwicklung umweltrelevanter Ökosystemkenngrößen zu erkennen und diese von kurzfristigen, reversiblen Systemschwankungen zu unterscheiden.

Stickstoffbelastung - eine tickende Zeitbombe

Ein thematischer Schwerpunkt des Kolloquiums befasste sich mit der Problematik des Stickstoffhaushalts von Waldböden. Über die Bestandesdeposition gelangt seit Jahren weit mehr Stickstoff in die Wälder als dem Kreislauf über die biologische Fixierung im Bestandeszuwachs entzogen werden kann. Erstaunlicherweise liegt der Stickstoffaustrag i.d.R. niedriger als der Stickstoffeintrag. Die Mechanismen der Stickstoffspeicherfähigkeit im Mineralboden sowie der Umwandlung von Stickstoffverbindungen sind bisher noch nicht ausreichend geklärt. Potenzielle Risikofaktoren wie z.B. enge C/N-Verhältnisse im Mineralboden oder Stickstoffkonzentrationen in Bodenextrakten können zwar Hinweise auf eine zunehmende Stickstoffsättigung geben. Die Beziehungen zwischen diesen Parametern und der Zielgröße Stickstoffaustrag sind jedoch nicht so straff, dass eine standörtliche Prognose des Stickstoffaustrags anhand dieser einfach zu erhebenden Parameter hinreichend präzise möglich wäre.

Unter dem Themenblock Abflussbildung und Hochwasserschutz wurden Methoden und Ergebnisse zur Abschätzung der Hochwasserretention in Auengebieten sowie zur quantitativen und qualitativen Abflussbildung vorgestellt. Die in den zurückliegenden Jahren eingetreten Hochwasserereignisse, die nicht nur in den Einzugsgebieten der großen Flusssysteme verheerende Schäden angerichtet haben, verdeutlichen, dass das Wissen über die Abflussbildung noch unzureichend ist. Die Entwicklung von operationalen Frühwarnsystemen stellt eine Herausforderung für die bodenkundlich-hydrologische Forschung der kommenden Jahre dar.

Fallbeispiel Kleine Kinzig

Talsperre "Kleine Kinzig"
Abb. 3: Überlauf an der Talsperre "Kleine Kinzig". (Foto FVA)

Die chemische und ökologische Qualität von Fließgewässern wurde in einem weiteren Vortragsblock beleuchtet. Am Fallbeispiel der Trinkwasserversorgung Kleine Kinzig sowie einem Einzugsgebiet im Westerzgebirge wurde der Einfluss von Waldkalkungen und der geologischen Vorraussetzungen auf die Wasserqualität dargestellt. Neben gewässerchemischen Rahmenbedingungen und deren Steuerung über forstbetriebliche Maßnahmen spielen bei der Qualitätsbewertung von Oberflächengewässern Strukturmerkmale, welche die Habitateigenschaften für aquatische Biota bestimmen, eine Rolle. Für ausgewählte Organismen in Waldbächen wurde der Einfluss des chemischen Gewässerzustands sowie der Gewässerstruktur auf deren Populationsdynamik dargestellt und die Beeinflussung insbesondere der strukturellen Merkmale von Fließgewässern durch forstwirtschaftliche Maßnahmen aufgezeigt. Da eine einzelfallweise Bewertung der ökologischen Gewässergüte anhand der vorkommenden Lebensgemeinschaften zu aufwändig wäre, muss anhand von einfach zu erhebender Indikatoren auf die ökologische Qualtität geschlossen werden. Im Kolloquium wurde das Konzept der Gewässerstrukturgüteeinstufung vorgestellt, das die Bewertung eines regionalspezifisch differenzierten, ökologischen Gewässerzustandes anhand von Gewässerzustandsmerkmalen (z.B. Laufentwicklung, Längs- und Querprofil, ...) ermöglicht. Die Anwendung von Wasserhaushaltsmodellen zur Bestimmung der Tiefensickerung ist eine wesentliche Voraussetzung für die Bestimmung des Stoffaustrages aus Mineralböden. Die Weiterentwicklung und Validierung der Modelle war ein wesentlicher methodischer Beitrag, der mit den Daten aus der Waldökosystemforschung und dem Umweltmonitoring geleistet werden konnte. Die Vorträge und Präsentationen zu diesem Themenkomplex zeigten, dass die Möglichkeiten und Grenzen der Wasserhaushaltsmodellierung und die Verlässlichkeit des Modellierungsergebnisses heute besser bewertbar sind, wie dies zu Beginn der Messreihen der Fall war.

Eine innovative Vorgehensweise zur Charakterisierung des Stoffhaushaltes in Waldökosystemen wurde vom Institut für Bodenkunde vorgestellt. Während sich in der Waldökosystemforschung die Gewinnung von Bodenlösungen mittels stationärer Unterdrucksaugkerzen durchgesetzt hat, ermöglicht die Gewinnung von Desorptionslösungen an Bohrstockproben eine wesentlich höhere räumliche Repräsentativität der Probengewinnung. Das Konzept von randomisiert wandernden Messplots ermöglicht dabei eine Raum-Zeit-Modellierung von Stoffhaushaltsparametern, wie sie mit Unterdrucksaugkerzen nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist.

Wirkungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie

Einen breiten Raum in den Vorträgen und Diskussionen nahm die sich aus der Wasserrahmenrichtlinie der EU (EU-WRRL) ergebenden Implikationen für die forstliche Bodenbewirtschaftung ein. Ein wesentliches Qualitätsziel der EU-WRRL ist es, Oberflächengewässer und Grundwasser in einem guten ökologischen und chemischen Zustand zu erhalten bzw. hin zu diesem zu entwickeln. Für Einzugsgebiete müssen Bewirtschaftungspläne erstellt werden, die eine Optimierung dieser Schutzziele anstreben. In der EU-WRRL ist weiterhin formuliert, dass für Maßnahmen, die ausschließlich oder überwiegend wasserwirtschaftlichen Zielen dienen (Wasserdienstleistungen) und über die Zielsetzungen einer ordnungsgemäßen Forstwirtschaft hinausgehen, durch die Mitgliedsstaaten bis 2010 ein angemessener finanzieller Ausgleich geschaffen werden soll. Aus diesen Vorgaben leitet sich die zunächst die Frage ab, welche forstbetrieblichen Maßnahmen einen Einfluss auf den Gewässerzustand ausüben und wie sich dieser bewerten lässt. Bei der Entwicklung von Bewertungsinstrumenten müssen sowohl gewässerchemische als auch gewässerökologische und strukturelle Aspekte berücksichtigt werden. Im Rahmen des Kolloquiums wurden Ansätze für Bewertungsverfahren vorgestellt, die sich jedoch noch in der Entwicklung befinden. Aufbauend auf diesen Arbeiten muss für die forstliche Bewirtschaftung (z.B. Waldbau, Waldschutz, Holzernte, Erschließungsplanung,..) ein Konsens zu Handlungsempfehlungen gefunden werden, die in besonderem Maße der Erreichung von Wasserschutzzielen dienen. Die Abstimmung wird eine wesentliche Grundlage für die Vereinbarung finanzieller Ausgleichszahlungen darstellen, da die Bewirtschaftungsempfehlungen bzw. –einschränkungen nicht generell durch die gesetzliche Norm der ordnungsgemäßen Bewirtschaftung bzw. die gute fachlichen Praxis abgedeckt sein werden.

Wasservorsorge - eine interdisziplinäre Aufgabe

Bodenteilchen mit Manganüberzug
Abb. 4: Manganüberzüge aufgrund reduktiver Zustände durch Stauwassereinfluss. (Foto FVA)

Nach der Vorstellung des Zentrums für Wasserforschung Freibug (ZWF), an dem die universitäre und außeruniversitäre Forschung zu Wasser sowie die Lehre auf dem Gebiet der hydrologischen Wissenschaften in Freiburg gebündelt werden soll, bildete die Podiumsdiskussion den Abschluss der Veranstaltung. In der Einleitung stellten Prof. Hildebrand und Dr. v. Wilpert die im Zusammenhang mit dem Themenkomplex "Wasservorsorge in bewaldeten Einzugsgebieten" im Zuge der Präsentationen und Diskussionen diskutierten inhaltlichen Problembereiche nochmals kursorisch dar. Die sich aus der EU-WRRL ergebenden Implikationen und die Einbindung der Forstseite bei der Entwicklung und Umsetzung von Vorgaben bildeten den Schwerpunkt der Abschlussdiskussion. Zahlreiche Vertreter sahen ein Defizit in der mangelnden Beteiligung der Forstverwaltungen und forstlichen Forschungsinstitutionen bei der Ausweisung von Schutzgebieten und der Abgrenzung von Einzugsgebieten. Dieses Problem sollte durch ein aktive Mitarbeit forstlicher Vertreter bei der weiteren Umsetzungsprozess der Wasserrahmenrichtlinie beseitigt werden. Neben dieser aktiven Einbringung wurde im Auditorium auch eine zurückhaltend-passive Strategie vertreten.

Die Diskussion zur Ausgleichsfähigkeit von Wasserdienstleistungen zeigte, dass es derzeit noch keinen gesellschaftlichen Konsens über Kriterien für eine ordnungsgemäße Forstwirtschaft gibt. Kritisch angemerkt wurde in diesem Zusammenhang, dass es nicht Aufgabe der Wissenschaft sei, Normen zu setzen. Sie muss vielmehr Grundlagen für die Definition von Standards liefern in dem sie quantifizierbare Effekte für betriebliche Handlungsoptionen darstellt.

Aus der Sicht der Wasserwirtschaft stellt bezüglich der Landnutzung nicht die forstwirtschaftliche sondern vielmehr die landwirtschaftliche Produktion ein erhebliches Risiko für die Wasserqualität dar. Unter Wald sei doch alles im "grünen Bereich". In die Landwirtschaft wird daher auch ein Großteil der für Ausgleichsmaßnahmen zur Verfügung stehenden Finanzmittel fließen. Problematisch ist jedoch, dass das Risikopotenzial anhand der gegenwärtigen Bodenzustände bewertet wird und zukünftige Entwicklungen außer Acht gelassen werden (z.B. weiterer Aufbau von Stickstoffvorräten und zunehmende Versauerung der Böden).

Chance für nachhaltiges Bodenmanagement

Die Abschlussdiskussion zeigte, dass es dringend erforderlich ist, die derzeit noch sektoralen Ansätze und Entwicklungen bei der Umsetzung der EU-WRRL in einem Gesamtkonzept zusammen zu führen. Die Wasserrrahmenrichtlinie sollte als Chance für ein nachhaltiges Waldbodenmanagement durch Nutzung aller forstbetrieblichen Handlungsoptionen (z.B. Waldumbau oder auch Bodenschutzkalkung) begriffen werden. Dies erhöht die Chance für die Umsetzung einer langfristigen Umweltvorsorgestrategie auch in Zeiten knapper Kassen.