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Dr. Hans-Joachim Klemmt

LWF

Bayerische Landesanstalt
für Wald und Forstwirtschaft

Abt. Boden und Klima
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Autor(en): Redaktion waldwissen.net – LWF
Redaktion: LWF, Deutschland
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Gebirgsstandorte: Ernährung, Wasser-, Stoffhaushalt

Die Böden im nördlichen Kalkalpin gelten aufgrund ihres Nährstoffmangels und zeitweiligem Trockenstress als Extremstandorte. Gründliche Kenntnisse über Ernährung, Wasser- und Stoffhaushalt dieser Böden und Waldbestände sind erforderlich.

Inhalt:

Untersuchungsfläche im Mangfallgebirge
Abb. 1: Untersuchungsfläche zum Wasser- und Stoffhaushalt im Mangfallgebirge (Hausberg bei Kloaschau/ Bayrischzell) (Foto: W. Weis).

Die Böden der nördlichen Kalkalpen sind sehr heterogen, weisen ein kleinräumiges Mosaik verschieden stark entwickelter Bodentypen auf. Vorherrschendes Ausgangsmaterial ist Kalk oder Dolomit. Unterschiedlich dicke organische Auflagen über Fels oder Grus bis hin zu mächtigen Tangelhumus-Auflagen wechseln mit flachgründigen Rendzinen sowie Böden mit gut entwickelten B-Horizonten (Lehmrendzina, Terra fusca).

Auf südexponierte Flächen ist der Humus meist fünf bis zehn Zentimeter mächtig. Die Bodentiefe bis zum anstehenden Fels liegt oft nur bei fünf bis 40 Zentimetern. Vereinzelt treten bis über 60 Zentimeter mächtige Tangelhumus-Pakete auf.

In den Böden dominieren pH-Werte nahe sieben sowie hohe Gehalte an Calcium und – beim Ausgangsmaterial Dolomit – auch Magnesium. Die mittelfristig verfügbaren Nährelementvorräte sind wegen des hohen Steinanteils der Gebirgsböden gering. Zudem setzen der hohe Boden-pH-Wert und der hohe Anteil an Calcium im Bodenwasser die Verfügbarkeit von Nährelementen wie Phosphor, Kalium, Eisen und Mangan deutlich herab. Das kann bei den aufstockenden Waldbeständen zu reduziertem Wachstum und Mangelerscheinungen führen.

Ernährungszustand

Tiefgründige Böden aus basenreichem Flysch oder ähnlichem Ausgansmaterial sind durchgehend gut mit Nährstoffen versorgt. Auf Kalk und Dolomit treten jedoch Nährstoffmängel bei praktisch allen Baumarten auf (Abb. 2). Dabei haben Humusmächtigkeit, Bodentiefe bis zum anstehenden Fels und Höhenlage nur einen geringen Einfluss. Laubabwerfende Baumarten haben hier eher Probleme bei der Versorgung mit Kalium und Eisen, immergrüne Nadelbäume hingegen bei der Aufnahme von Phosphor, teilweise von Stickstoff und Kalium.

Baumart Nährstoffmängel bei
Bergahorn Eisen, teilweise Kalium
Buche v.a. Phosphor und Eisen
Lärche Kalium und Eisen, teilweise auch Phosphor
Fichte Stickstoff, Phosphor und teilweise Kalium
Tanne Phosphor und Kalium
Kiefer Stickstoff, Phosphor und Kalium

Zur schlechten Nährelementversorgung passen die durchwegs geringen Radialzuwächse der Bestände von etwa einem Millimeter pro Jahr. Gut waren die untersuchten Bäume mit Calcium und Magnesium versorgt. Lediglich bei Fichte kann es auf reinen Kalkstandorten zu Magnesiummangel kommen.

Elementgehalte in Nadeln und Blättern
Abb. 2: Median und Streuung der Elementgehalte in Nadeln und Blättern wichiger Baumarten auf südexponierten, carbonatreichen Böden im nördlichen Kalkalpin (blau: normale Ernährung; orange: latenter bis starker Nährstoffmangel, nach Göttlein et al. 2011)

Die Nährstoffgehalte in allen Baumkompartimenten zeigen trotz der von Calcium dominierten Bodenchemie deutliche und signifikante baumartenspezifische Unterschiede. Bergahorn und Buche zeichnen sich durch hohe Nährelementgehalte in allen Kompartimenten und damit durch ihren hohen Nährstoffbedarf aus. Mit Ausnahme von Calcium befinden sich ebenfalls hohe Nährelementkonzentrationen in Lärchennadeln. Die geringen Gehalte in deren Zweigen, Rinde und Holz sprechen für eine hohe Effizienz der Nährstoffverwertung. Die immergrünen Nadelbäume haben niedrigere Konzentrationen der Hauptnährelemente, zeigen dafür höhere Werte an Mangan (Fichte und Tanne) und Eisen (Kiefer). Die besonders geringen Nährelementgehalte in Holz und Rinde bei Kiefer belegen, dass sich diese Baumart bestens an nährstoffarme Standorte anpassen und die Nährstoffe sehr effizient ausnutzen kann.

Wasserhaushalt

Kenngrößen des Wasserhaushaltes
Abb. 3: Kenngrößen des Wasserhaushalts für Humusauflage und obersten Mineralboden kalkalpiner Standorte (Mittelwert und Standardabweichung, n: Anzahl der untersuchten Bodenproben)

Typisch für die Bergwälder im nördlichen Kalkalpin sind hohe Jahresniederschläge mit einem Verteilungsmaximum in der Vegetationszeit. Die Temperaturen nehmen mit zunehmender Höhenlage ab; die Jahresdurchschnittstemperatur liegt in 1.100 Metern Höhe bei etwa 6 °C, in der Vegetationszeit (Mai bis Oktober) bei knapp 13 °C. Verglichen mit den Flachlandbedingungen in Bayern treten pro Jahr etwa 20 Frosttage (Tagesmitteltemperatur kleiner 0 °C) mehr auf, die Vegetationsperiode ist um etwa 20 Tage verkürzt.

Die vorherrschenden flachgründigen Böden im Kalkalpin haben meist entweder eine deutliche Humusauflage oder einen hohen Humusanteil im oberen Mineralboden. Beide Horizonte besitzen ein Gesamtporenvolumen zwischen 60 und 80 Prozent. Das ist, verglichen mit üblichen Mineralbodenhorizonten mit Porenvolumina zwischen 35 und 50 Prozent, sehr hoch. Die nutzbare Feldkapazität liegt aufgrund des hohen Grobporenanteils allerdings nur bei etwa 25 Prozent (Abb. 3). Das ist vergleichbar mit für die Wasserversorgung günstigen Schluffböden.

Bei einer durchschnittlichen täglichen Transpirationsrate von vier Millimetern im Hochsommer und einer mittleren Bodenmächtigkeit von 25 Zentimetern wird die Wasserversorgung in Altbeständen ab etwa zweieinhalb Wochen ohne Niederschlag kritisch. Im Spätsommer, wenn die täglichen Transpirationsraten nur mehr zwei Millimeter betragen, reicht die Wasserhaltekapazität für etwa einen Monat ohne Regen.

Wasserstress kalkalpiner Fichtenwälder
Abb. 4: Wasserstress kalkalpiner Fichtenwälder als Verhältnis zwischen tatsächlicher und potenzieller Transpiration (T / Tpot) in Abhängigkeit von der Bodenmächtigkeit für die Jahre 1936-2012

Für die meisten charakteristischen Klimawerte und Bodenmächtigkeiten des nördlichen Kalkalpins wurden Wasserhaushaltsmodellierungen durchgeführt. Abbildung 4 zeigt das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Transpiration und der bei optimaler Wasserversorgung potenziell möglichen Transpiration. Je kleiner dieses Verhältnis ist, desto stärker leidet der Waldbestand unter Trockenstress. Zusätzlich ist die minimale Bodentiefe dargestellt, bei der keine Transpirationseinschränkung errechnet wurde. Starker Wasserstress trat nur selten auf. Deutlich sind die Trockenjahre 2003 und 1947 erkennbar, in abgeschwächter Form auch 1959 und 1976. Auffällig ist, dass flachgründige Standorte deutlich anfälliger gegenüber Wasserstress sind.

Stoffhaushalt

Der Stoffhaushalt von Wäldern im nördlichen Kalkalpin ist geprägt durch die hohen Wassermengen bei Niederschlag und Sickerung mit vergleichsweise geringen Stoffkonzentrationen (Verdünnungseffekt) sowie dem hohen Carbonatanteil im Boden. Bei Stoffhaushaltsmessungen ergaben sich, verglichen mit nicht im Alpenraum gelegenen Flächen, deutlich niedrigere Elementkonzentrationen in Niederschlag und Humusausfluss. Die Carbonatlösung dominiert die chemische Zusammensetzung des Sicherwassers, mit sehr hohen Konzentrationen an Hydrogencarbonat, Calcium und auf Dolomit auch Magnesium. Saure Kationen traten in den Hintergrund.

Zwischen 2010 und 2013 belief sich der jährliche Gesamtstickstoff-Eintrag im Freiland auf durchschnittlich sieben bis dreizehn Kilogramm pro Hektar, weniger als ein Viertel davon als Nitrat. Im Bestand beeinflussen Baumart und Bestandsstruktur den Standortseffekt. In dichten, geschlossenen Beständen wurden insgesamt bis zu 30 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr eingetragen. Bei einer für Gebirgswälder oft typischen, deutlich lichteren Struktur ergaben sich Werte um 15 Kilogramm pro Hektar und Jahr.

Mit dem Sicherwasser wurde jährlich Stickstoff unter Fichte von zwei bis vierzehn, unter Buche von eins bis sieben Kilogramm pro Hektar ausgetragen. Die mittlere Nitratkonzentration betrug dabei weniger als zehn Milligramm pro Liter. Begleitkationen waren vor allem Calcium und auf Hauptdolomit Magnesium.

2011 starben auf der Untersuchungsfläche viele Fichten durch Borkenkäferbefall. Die fehlende Beschattung und Nährstoffaufnahmen des Bestandes mobilisierten rasch den im Humus gebundenen Stickstoff. Die Nitrat-Konzentrationen im Sickerwasser stiegen deutlich an. Im Jahr nach dem Absterben der Bäume gingen mit dem Sickerwasser 150 Kilogramm pro Hektar und Jahr verloren. In der Regel halten solch hohe Stickstoffausträge jedoch nur zwei bis drei Jahre an. Calcium, Magnesium und Kalium begleiteten das Nitrat.

Fazit

Die Wasserversorgung ist im nördlichen Kalkalpin dank hoher, gleichmäßig verteilter Niederschläge in der Regel ausreichend. Auf den eher flachgründigen und carbonatreichen Böden herrscht generell eine angespannte Nährstoffversorgung für Phosphor, für Eisen, für Kalium und teilweise sogar für Stickstoff. Das Wachstum der Gebirgswälder auf Kalk und Dolomit ist nur gering. Das ist Folge der mangelnden Versorgung mit Nährelementen und weniger klimatisch bedingt. Dennoch sind die typischen Baumarten der Gebirgswälder vital und gut an den Standort angepasst.

Aufgrund der Risikofaktoren Nährstoffmangel, Windwurf, Borkenkäferbefall und Klimaänderung muss die natürliche Baumartenvielfalt erhalten und gefördert werden. Laubabwerfende Baumarten (v.a. Bergahorn) zeigen eine bessere Phosphorversorgung und können über ihre Blattstreu beitragen, den Phosphormangel am Standort zu verringern. Wenn Kronenmaterial bei der Holzernte mit genutzt wird, sollte die Nährstoffversorgung des Standortes berücksichtigt werden. Der oft historisch bedingte hohe Fichtenanteil sollte im montanen Bereich zugunsten der hinsichtlich Klimawandel und Borkenkäferbefall besser zu beurteilenden Mischbaumarten reduziert werden.

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