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Artikel

Autor(en): Winfried Riek
Redaktion: FVA, Deutschland
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Schäden an Stieleiche - Bedeutung der Grundwasserabsenkung

Stieleichen mit Kronenverlichtungen
Abb. 1: Eichenbestand mit bereits geschädigten Kronen.

Im Nordostdeutschen Tiefland ist die Eiche (Quercus petraea, Quercus robur) aufgrund der vorliegenden Standortsbedingungen und den davon abgeleiteten potenziell natürlichen Waldgesellschaften neben der Buche die bedeutendste Laubholzbaumart. Andererseits gilt sie lt. Waldzustandsbericht 2005 mit derzeit 43 % Flächenanteil deutlicher Schäden als die Baumart mit dem höchsten Kronenverlichtungsgrad in Brandenburg. In der vorliegenden Studie sollte die Bedeutung des Faktors Wassermangel – insbesondere auf grundwassserabgesenkten Standorten – für die zu beobachtenden Vitalitätsverluste der Stieleiche untersucht werden.

Welche Standorte sind von Eichenschäden betroffen?

Mit dem Ziel der Ursachenanalyse von Eichenschäden wurde im Jahr 2003 eine Umfrage bei den Ämtern für Forstwirtschaft durchgeführt. Es sollten Bestände gemeldet werden, für die schon seit Jahren deutliche Vitalitätsverluste zu beobachteten waren. Bei dieser Umfrage wurden von 65 Oberförstereien 766 Eichenbestände im Alter von 40-240 Jahren angezeigt.

In einer statistischen Auswertung wurde die Stichprobe der als geschädigt gemeldeten Bestände der Stichprobe der nicht angezeigten Eichenbestände derselben Oberförstereien gegenübergestellt und mittels Kreuztabellierung hinsichtlich signifikanter Unterschiede der Standortsbedingungen geprüft. Die Differenz zwischen statistischem Erwartungswert und tatsächlicher Anzahl der Schadmeldungen lässt darauf schließen, für welche Standortseinheiten ein erhöhtes Schadrisiko besteht.

Typisch für das Auftreten von Eichenschäden sind demnach mineralische Standorte, die grundwassernah bzw. grundwasserbeeinflusst sind (Flurabstand < 2 m) und im gut bis sehr gut mit Nährstoffen versorgten Spektrum liegen. Es wurde die These aufgestellt, dass Grundwasserabsenkungen – insbesondere bei den nachweislich stärker von Schäden betroffenen Alteichen – von ursächlicher Bedeutung für die Vitalitätseinbußen sind. Das Schadpotenzial ist besonders hoch, wenn sich auch der Nährstoffhaushalt ehemals gut versorgter Standorte durch die reduzierten kapillaren Aufstiegsraten nährelementreichen Grundwassers verschlechtert.

Untersuchungsprogramm

Um die dargestellte These zu überprüfen wurden an neun Stieleichenflächen Jahrringanalysen durchgeführt sowie Grundwassermessreihen und Klimadaten retrospektiv ausgewertet. Die Beschreibung des Wasserhaushaltes erfolgte mit Hilfe eines Wasserhaushaltssimulationsmodells, welches auf Brandenburger Dauermessflächen kalibriert worden ist. Die Ermittlung der bodenphysikalischen Modelleingangsgrößen (Wasserleitfähigkeit, nutzbare Wasserspeicherkapazität) erfolgte im Labor mittels pF-Ku-Apparatur. Ferner wurden bodenchemische Parameter erhoben und Blattanalysen zur Kennzeichnung des Ernährungszustandes der Eichen durchgeführt.

Schadmeldungen auf verschieden wasserversorgten Standorten
Abb. 2: O... organischer Nassstandort; N... mineralischer Nassstandort; T1... terrestrischer frischer Standort (Grundwasser 1-2 m unter Flur); T2... terrestrisch mittelfrisch (Grundwasserstand > 2 m tief); W... wechselfrisch bis wechselfeucht; n... Anzahl der Meldungen
Schadmeldungen auf verschieden nährstoffversorgten Standorten
Abb. 3: A... arm; Z... ziemlich arm; M... mittel; K... kräftig; R... reich; n... Anzahl der Meldungen

Bei den ausgewählten Untersuchungsflächen im Raum Rhinluch und Havelländisches Luch ca. 60 km nordwestlich von Berlin haben Grundwasserabsenkungen eine große Rolle gespielt. Die gravierendsten Veränderungen des Wasserregimes erfuhren die Waldstandorte durch großräumige Moorentwässerungen in Umgebung während einer über drei Jahrhunderte zurück reichenden Geschichte zunehmender Intensität der Landnutzung. Auch über den betrachteten Messzeitraum (1960-2003) ist ein signifikanter negativer Trend der Grundwasserstände zu verzeichnen. Im statistischen Mittel hat auf den Flächen eine Absenkung des Grundwassers in diesem Zeitraum um ca. 40 cm stattgefunden.

Ergebnisse

Im Ergebnis der Studie konnte festgestellt werden, dass der chemische Bodenzustand und mögliche Nährstoffmängel mit großer Wahrscheinlichkeit nicht die Hauptverursacher der auf den Untersuchungsflächen zu verzeichnenden Eichenvitalitätsverluste darstellen. Die gewonnenen Blattspiegelwerte weisen auf eine ausreichende Versorgung mit den wesentlichen Nährelementen hin. Gleichwohl könnte Stickstoffüberernährung infolge atmosphärischer Stickstoffein­träge zu einer Schwächung und erhöhten Anfälligkeit einzelner Eichen gegenüber abiotischen und biotischen Stressoren (Trockenheit, Schadinsekten) geführt haben. Auf fast allen Untersuchungsflächen weisen enge C/N-Verhältnisse in den Humusauflagen bei z.T. niedrigen pH-Werten auf erhöhte atmosphärische Stickstoffeinträge hin. Die Stickstoffernährung liegt überwiegend im oberen Optimum bzw. im Bereich von "Luxuskonsum". In Einzelfällen ist von N-Überernährung auszugehen. Eine Beziehung zwischen N-Ernährung der Einzel­bäume und deren Belaubungsgrad lässt sich jedoch nicht feststellen.

Die Untersuchungsergebnisse geben deutliche Hinweise dafür, dass dem Faktor Wasser eine Schlüsselposition im Schadgeschehen zukommt. Das Untersuchungsgebiet befindet sich im Bereich sehr trockenen Tieflandklimas mit einer negativen klimatischen Wasserbilanz von -67 mm im langjährigen Mittel. Der durchschnittliche Jahresniederschlag liegt bei 524 mm. In Beständen mit besonders gravierenden Schäden konnte festgestellt werden, dass die Wurzelräume der Eichen aufgrund hoher Lagerungsdichten im Unterboden (Bodendichte 1.6-1.7 g/cm³) relativ flach ausgebildet sind. Die nutzbaren Wasserspeicherkapazitäten sind deshalb mit 60-125 mm zum Teil sehr gering. Unter diesen Bedingungen ist der Wasserhaushalt ganz entscheidend vom kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser abhängig.

Mit Hilfe des Wasserhaushaltsimulationsmodells wurden die Komponenten des Wasserhaushaltes ermittelt und retrospektiv mit dem Zuwachs (Jahrringbreite) der Eichen in Beziehung gesetzt. Der Dickenzuwachs wird hierbei als Indikator für die Baumvitalität herangezogen.

Die Modellergebnisse zeigen: innerhalb des Tiefenbereichs, in dem sich das Grundwasser in den vergangenen Jahrzehnten bewegte, führen unter den gegebenen bodenphysikalischen Bedingungen bereits geringfügige Änderungen des mittleren Grundwasser­standes zu erheblichen Änderungen des kapillaren Aufstiegs in den Wurzelraum. Der kapillare Aufstieg aus dem Grundwasser erwies sich auf den Hauptschadflächen als entscheidender Einflussfaktor für die Ausprägung der Jahrringbreiten. Auf weiteren Untersuchungsstandorten sind diese Zusammenhänge weniger straff. Es ist davon auszugehen, dass die bessere Durchwurzelung und die insgesamt höheren nutzbaren Wasserspeicherkapazitäten bei diesen Standorten zu einer geringeren Sensibilität gegenüber Grundwasserschwankungen führen. Gleichwohl lassen sich für alle untersuchten Bestände Zusammenhänge zwischen den Zeitreihen des Grundwasserstandes und den Jahrringbreiten der Stieleichen nachweisen.

Bemerkenswerte Grundwasserabsenkungen in Einzeljahren haben in den am stärksten geschädigten Beständen zu Reduktionen des Dickenwachstums von 40-60 % des statistisch erwarteten Zuwachses geführt. Dabei ist zu beachten, das es auf den betroffenen Flächen bereits zu zahlreichen Abgängen gekommen ist und die beprobten Bäume daher eine Auswahl der relativ vitalsten Eichen repräsentieren.

Ein aus den stochastischen Beziehungen zwischen jährlichem minimalem bzw. maximalem Grundwasserstand und prozentualem Zuwachs abgeleitetes Szenario spiegelt wider, ob und in welchem Ausmaß sich Grundwasserstandsänderungen auf das Wachstum auswirken. Auf der Grundlage derartiger Wasserhaushalt-Zuwachsbeziehungen kann ein Monitoring der Stauhaltung unter forstökologischer Sicht ansetzen, welches mit den Ansprüchen der landwirtschaftlichen Nutzung abzustimmen wäre.

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