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Dr. Hans-Joachim Klemmt

LWF

Bayerische Landesanstalt
für Wald und Forstwirtschaft

Abt. Boden und Klima
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D-85354 Freising

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Autor(en): Redaktion waldwissen.net – LWF
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Produktionskapital Waldboden

Produktionskapital Waldboden
Abb. 1: Der Waldboden ist das Basiskapital jeder Forstwirtschaft (Foto: M. Bühner, fotolia).
 
Wasserhaushalt im Wald
Abb. 2: Der Wasserhaushalt eines Standortes wird durch Niederschlag, Boden und Evapotranspiration gesteuert.
 
Definition Stoma

Der Waldboden ist das Basiskapital jeder Forstwirtschaft. Der Schutz des Bodens und die Erhaltung seiner Produktionskraft sind daher eine wesentliche Säule der nachhaltigen Waldbewirtschaftung. Aus diesem Grund lag ein Schwerpunkt des 8. Bayerischen Waldbesitzertages auf dem Thema "Produktionskapital Waldboden".

Inhalt:

Waldboden als Wasserspeicher

Der Wasserhaushalt eines Standortes ist für die Wuchsleistung der Bäume von herausragender Bedeutung. Gesteuert wird er durch den Niederschlag (Eingangsgröße), den Boden (Speichergröße) und die Evapotranspiration (Ausgangsgröße). Wasser, das dem Bodenspeicher nicht durch Transpiration oder Bodenverdunstung entnommen wird, sickert in das Grundwasser (Abb. 2). Der Boden kann nur das Wasser aufnehmen, welches an Bestandesniederschlag in den Speicher gelangt. Im Klimawandel werden sich die Niederschlag und Evapotranspiration ändern, die Standortsbedingungen können also nicht mehr als konstant angenommen werden. Es stellt sich daher die Frage: reicht das Wasser?

Den verschiedenen Prognosen zum Klimawandel sind zwei Aussagen gemeinsam: Die Temperaturen in Bayern werden durch den Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre steigen und die Niederschläge werden sich vom Sommer in den Winter verschieben.

Die höheren Temperaturen führen zu einem höheren Wasserverbrauch der Vegetation, der durch die Niederschläge nicht gedeckt werden wird. Der Wasserspeicher Boden wird schneller geleert und kann für die Bäume möglicherweise die Zeit bis zu den nächsten Niederschlägen nicht überbrücken. Bei Wassermangel schließt der Baum die Stomata (siehe Kasten) und reduziert somit die CO2-Aufnahme. Das kann zu Zuwachseinbußen und einer Schwächung des Baumes führen. Im Extremfall kommt es zum Lufteintritt in das Gewebe und die Pflanze erleidet irreparable Schäden.

Messungen an den Waldklimastationen (WKS) lassen Prognosen über das künftige Klima zu. So wird der Wassermangel künftig früher im Jahr beginnen. Jahrhundertsommer wie im Extremjahr 2003 werden in etwa 60 bis 90 Jahren nur noch durchschnittlich sein. Damit könnten für die Bäume die Erholungsjahre ohne angespannten Wasserhaushalt fehlen.

Der Wasserhaushalt wird bayernweit überwiegend vom Klima bestimmt und kleinräumig vom Boden variiert. Bei der zweiten Bodenzustandserhebung (BZE2) hatten drei Viertel der Punkte in Bayern die Wasserhaushaltsstufe mäßig frisch oder frisch, lediglich vier Prozent wurden als trocken eingestuft. Mit dem Klimawandel (Szenario B1) verändert sich diese Einstufung deutlich: fast zwei Drittel der Standorte werden dann als trocken oder mäßig trocken eingestuft, allein 28 Prozent sind in der Stufe trocken (Abb. 3). Diese grobe Einschätzung gibt einen deutlichen Hinweis darauf, wie sich der Wasserhaushalt in Bayerns Wäldern entwickeln wird.

Wasserhaushaltsstufen in Bayern
Abb. 3: In Bayern liegen derzeit etwa ein Viertel aller Standorte im trockenen bis mäßig trockenen Bereich. Bis 2100 wird sich das dahingehend ändern, dass sich fast zwei Drittel der Standorte in diesen Wasserhaushaltsstufen befinden.

Der Boden ist durch den Klimawandel auch direkt betroffen:

  • Das Profil trocknet schneller und stärker aus.
  • Die Wechsel von trocken und feucht nehmen zu, so dass es für die Bodenflora und -fauna extremer wird.
  • Durch die höheren Temperaturen könnte der Humus verstärkt abgebaut werden.
  • Der Benetzungswiderstand der Humusauflage ist nach einer Austrocknung höher. Niederschläge fließen somit vermehrt oberflächlich ab oder versickern schneller. Letzteres kann durch häufigere Trockenrisse in tonigen Substraten noch verstärkt werden.
  • Insgesamt wird die Pufferleistung der Böden eher abnehmen und sich damit der Wasserhaushalt weiter verschärfen.

Die Speicherleistung des Bodens kann nur schwer positiv beeinflusst werden. Für dessen wichtige Ausgleichsfunktion ist es nötig, hohe Humusgehalte und eine lockere Lagerung zu erhalten. Handlungsempfehlungen zielen dabei auf waldbauliche Maßnahmen und die Baumartenwahl. Im Waldumbau sollten trockenheitstolerantere Arten verwendet werden, Mischbestände verringern das Risiko. Durch die Anlage von Voranbauten kann der Bodenzustand erhalten werden. Ob Durchforstungsmaßnahmen den Wasserverbrauch des Bestandes senken, ist noch zu klären.

Als Fazit kann die Frage, ob das Wasser reicht, mit ja beantwortet werden, allerdings nicht unbedingt für die Baumarten, die gerade auf den jeweiligen Standorten in Bayern stocken.

Bodenfrost – oder: vom richtigen Befahrungszeitpunkt

Bei gefrorenen Böden werden die Achslasten moderner Harvester und Forwarder auf eine größere Fläche verteilt und somit Fläche reduziert. Aber wie häufig gibt es eigentlich Bodenfrost im Wald?

Die Bodentemperatur wird im Wald durch die isolierende Wirkung des Kronendachs und des weiteren Bestandesaufbaus (Bodenvegetation, Humus, …) stark gegenüber Schwankungen abgepuffert. Während bei unbewachsenen Flächen (mittlere Seehöhe 480 m ü. NN) die Nullgradgrenze in einer Bodentiefe von fünf Zentimetern an 25 Tagen im Jahr unterschritten wird, ist das auf grasbewachsenen Flächen trotz höherer Lage (mittlere Seehöhe 655 m ü. NN) schon nur noch an 14 Tagen der Fall. Mit zunehmender Bodentiefe nehmen die Tage, an denen die Frostgrenze unterschritten wird ab. Wie sieht es aber im Bestand aus?

Seehöhe der WKS
Tab. 1: Die Schwerpunkt-Waldklimastationen liegen auf einer Seehöhe von knapp 500 bis etwas über 1.000 m ü. NN.
 
Tage mit Bodenfrost
Abb. 4: Nur an zwei der fünf Schwerpunkt-WKS wurden Bodenfröste über den Zeitraum von Januar 2000 bis April 2011 gemessen. Und das lediglich in einer Bodentiefe von fünf bzw. zehn Zentimetern.

Für eine vergrößerte Ansicht bitte auf die Grafik klicken.

In den Beständen an den fünf Schwerpunkt-Waldklimastationen (Tab.1) trat in mehr als einem Jahrzehnt im Mittel selbst in fünf Zentimeter Bodentiefe fast kein Frost auf. Nur an der WKS Flossenbürg wurde in dieser Tiefe an 45 Tagen im Jahr die Frostgrenze unterschritten (Abb. 4). Überraschend war, dass die höher gelegene WKS Mitterfels überhaupt keinen Bodenfrost zeigte. Das liegt in erster Linie an der Schneehöhe und dem Andauern der Schneedecke an den beiden genannten Standorten. Die WKS Mitterfels zeichnet sich durch Schneereichtum aus, der damit den Waldboden im Winter auch in dieser Höhenlage ausreichend gegen Frost isoliert.

Die Auswertung der Daten ergab, dass im Wald mindestens an drei Tagen eine Lufttemperatur von -13 °C erreicht werden muss, damit es Bodenfrost im Oberboden gibt. Der Bodenwassergehalt beeinflusst nicht nur, wie schnell Wärme in den Boden geleitet wird und wie viel Wärme nötig ist, um die Bodentemperatur zu erhöhen. Er ist auch entscheidend, wie gut befahrbar Waldböden sind und welche Schäden durch eine nicht fachgerechte Befahrung im Bodengefüge entstehen können. Die Messungen an den WKS ergaben, dass die niedrigsten Gehalte im Mittel am Ende der Vegetationsperiode im September auftreten. Daher empfiehlt es sich, möglichst unmittelbar nach Ender der Vegetationszeit zügig den Holzeinschlag zu beginnen.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass es im Wald schon heute fast nie zu Bodenfrost kommt. Mit der Erwärmung im Klimawandel wird sich die Bodenfrosthäufigkeit künftig weiter reduzieren. Entscheidend für die Befahrung bei der Holzernte ist eine günstige Bodenfeuchte. Diese wird im Mittel am Ende der Vegetationsperiode erreicht. Vor diesem Hintergrund sind auch die technischen Möglichkeiten (Bogiebänder, niedriger Reifenfülldruck,…) auszuschöpfen um langfristige Bodenschäden zu vermeiden.

Nährstoffverlagerung

Bodenschäden sollen auch durch die Reisigmatten auf den Rückegassen reduziert werden. Das hat allerdings bei wiederholten Durchforstungen erhebliche Nährstoffverlagerungen zur Folge. Die Nährstoffe, die zuvor im Kronenraum gespeichert waren, werden auf der Rückegasse konzentriert. Dagegen bleiben bei der motormanuellen Ernte das Kronenmaterial und die darin gespeicherten Nährstoffe weitgehend im Bestand verteilt. Demgegenüber steht die intensive Form der maschinellen Ernte, bei der das Kronenmaterial entnommen und thermisch genutzt wird.

Versuchsfläche
Abb.5: An zwei Standorten wurden Gassen mit und ohne Reisigmatte auf Befahrungsschäden und Nährstoffverlagerung bzw. -auswaschung untersucht (Foto: C. Huber).

An zwei Standorten (Pflugbühl und Höglwald) wurden nicht nur die Auswirkungen der Reisigmatte bei der Befahrung des Bodens untersucht, sondern auch ob die verlagerten Nährstoffe durch den angrenzenden Bestand wieder genutzt und in den Stoffkreislauf integriert werden können oder ob die Nährstoffe gar verstärkt mit dem Sickerwasser ausgewaschen werden.

Am Standort Pflugbühl herrschten günstige Standorts- und Befahrungsbedingungen. Hier konnten die negativen Auswirkungen der Befahrung auf die bodenphysikalischen Kennwerte durch die Reisigmatte deutlich reduziert werden. Am sensitiveren Standort Höglwald lagen ungünstige Fahrbedingungen vor. Hier kam es auch mit Reisigmatte zu erheblichen Boden- und Wurzelschäden. Das zeigte sich an dem mangelnden Wasserentzug der Bäume auf der Rückegasse. In Pflugbühl dagegen war der Wasserentzug mit Reisigmatte deutlich höher als ohne Reisigmatte. Damit kann die Rückegasse dort nicht nur zur Befahrung, sondern auch weiterhin für die Nährstoff- Und Wasseraufnahme der randständigen Bäume fungieren. Dieser Bestandsbereich ist damit für die Produktion nicht verloren. Die an der Rückegasse in Pflugbühl angrenzenden Bäume profitierten sogar von der Reisigmatte und zeigten ein erhöhtes Wachstum.

Die verfrachteten Nährelemente blieben während der Versuchsdauer weitgehend im System. Das reduzierte die erntebedingten Nährelementverluste erheblich. Auf den Rückegassen mit Reisigmatte konnte eine signifikante Erhöhung von Kalium und Magnesium im Boden festgestellt werden. Die verfrachteten Nährstoffe wurden kaum ausgewaschen. In der Regel kam es an keinem der beiden Standorte unter den Rückegassen zu einer flächigen Verschlechterung der Sickerwasserqualität, wenngleich in Pflugbühl vereinzelt auch extreme Nitratkonzentrationen auftraten.

Möglichkeiten und Grenzen der Biomassenutzung

Ungenutzte Wälder sind von Natur aus nach dem Kreislaufprinzip aufgebaut: Bis auf den Kohlenstoff verbleiben alle Stoffe zu annähernd 100 Prozent im System und werden in großen Zeiträumen umgeschlagen. Diese Kreisläufe verändern sich durch die Einträge aus der Atmosphäre in einseitige Stoffströme. Durch die Nutzung von Stammholz und Kronenmaterial verlieren die Wälder Stoffe. Die Folgen einer Übernutzung sind Rückgänge in der Holzproduktion und – Stichwort Streunutzung – seit langem bekannt.

Aber von der zusätzlichen Nutzung der Biomasse aus dem Kronenraum verspricht man sich auch einiges: zusätzliche Erträge, die Lösung von Waldschutzproblemen und die Erleichterung der nachfolgenden Kulturarbeiten. Außerdem wird mit der Substitution fossiler Energieträger ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Es kommt also darauf an, den richtigen Mittelweg zu finden. Dieser ist nach allem was wir bislang wissen, stark vom Standort und der Baumart abhängig.

Schwellenwert
Abb. 6: Der Schwellenwert ist dann erreicht, wenn der Nährstoffverlust einen Wert überschreitet, den der Mehrerlös nicht mehr rechtfertigt. Wo dieser liegt ist auch von der subjektiven Sicht des Waldbesitzers abhängig.

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Mit zunehmender Nutzungsintensität werden schwächeres Stammholz, Äste, Zweige und sogar Nadeln und Blätter geerntet. Da die größten Werte im Stammholz liegen, bringt die Erhöhung der Nutzungsintensität nur eine unterproportionale Erhöhung der Erlöse. Dieser steht eine überproportionale Erhöhung der entzogenen Nährelemente gegenüber. Die Nutzungsintensität ist nach oben durch Schwellenwerte begrenzt, die sich aus der Nährstoffbilanz und der Schonung des Nährstoffkapitals ergeben.

Es ergeben sich folgende vier Nutzungsstrategien:

  1. Verzicht auf Kronennutzung; die Schwellenwerte werden unterschritten
  2. Kronennutzung, bis zum Schwellenwert
  3. Kronennutzung, über den Schwellenwert hinaus und Ausgleich der Entzüge durch Düngung
  4. Kronennutzung, über den Schwellenwert hinaus ohne Ausgleich der Entzüge durch Düngung

Variante 1: Es wird nur das Stammderbholz genutzt. Der Verzicht auf die Kronennutzung wird als Rücklage in das Bodenkapital verstanden. Damit wird ohne weitere Maßnahmen die Bodenfruchtbarkeit erhalten und es ist keine besondere Rücksicht auf den Nährstoffhaushalt erforderlich.

Variante 2: Man nähert sich durch die Nutzung von Teilen der Krone dem standortbedingten Schwellenwert. Informationen über den Verlauf der Nährstoffentzugskurve und die Kenntnis des Bodenschwellenwertes sind notwendig. Die Unbedenklichkeit der Nutzungen kann nur durch ein Nachweis- oder Dokumentationssystem gewährleistet werden.

Variante 3: Düngung entspricht gundsätzlich nicht dem Leitbild einer naturnahen Forstwirtschaft. Fraglich ist, ob mineralische Dünger die langsame und stetige Freisetzung der Nährelemente aus den Ernterückständen adäquat ersetzen können. Die Variante wird nicht empfohlen.

Variante 4: Diese verbietet sich von selbst, da sie einen hohen Eingriff in das Bodenkapital darstellen würde. Diese Variante kann aber ungewollt gewählt werden, wenn der Schwellenwert unbekannt aber niedrig und die Nutzung der Kernbiomasse hoch ist.

Am Zentrum Wald Forst Holz Weihenstephan wird an Hilfsmitteln gearbeitet, die eine angepasste Nutzung von Teilen der Kronenbiomasse erlauben. Die Zurückhaltung bei der Biomassenutzung aus der Krone liegt ausschließlich im Eigeninteresse des Waldbesitzers. Sie dient dazu, das Produktionskapital Waldboden dauerhaft zu erhalten, womöglich sogar zu verbessern und damit eine gleichbleibend hohe Produktion zu erlauben.

Ergänzung

Die Präsentationsfolien der Vorträge sind als PDF erhältlich:

Die übrigen Vorträge des 8. Bayerischen Waldbesitzertages sind ebenfalls als PDF verfügbar.

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