Begründung, Technik und Wirkung der Bodenschutzkalkung · 2019-04-25 · v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung Zeitreihe der durchschnittlichen Gesamtsäure-Deposition

v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkungv.Wilpert, Hartmann; Schäffer: Soil Regenerative Liming. Symp. 20

Begründung, Technik und Wirkung der Bodenschutzkalkung

Kolloq Waldkalkung – Umweltvorsorge oder

Naturschutzproblem? 25.10.2013

Klaus v.Wilpert, Peter Hartmann, Jürgen Schäffer

v.Wilpert: Bodenschutzkalkung, Begründung, Technik, Wirkung

Zeitreihe der durchschnittlichen Gesamtsäure-Deposition in Baden-Württemberg

Neu

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0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

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3.0

Zeit [Jahre]1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Säur

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Jah

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Gesamtsäure (Bestand)Gesamtsäure (Freiland)


Oberbodenversauerung (0-5cm) auf unter-schiedlichen geologischen Substraten


Ist natürliche Regeneration eine Alternative?Vergleich pH, BS 1992-2007

ungekalkt Zwischen Bze1 u. 2 gekalkt

Basen- sättigung (% a-1) Median % Sign Median % Sign

0-5cm -0.03 -0.2 0.89 8.2 ** 5-10cm -0.01 -0.2 0.38 9.3 **

10-30cm -0.04 -0.7 * 0.15 3.4 ** 30-60cm -0.05 -0.5 ** 0.07 2.0 60-90cm -0.04 -0.1 -0.02 -0.3

ungekalkt Zwischen Bze1 u. 2 gekalkt

pH H2O (a-1)

Median % Sign Median % SignL+Of 0.017 0.42 *** 0.056 1.59 **

Oh 0.015 0.42 *** 0.023 0.72

0-5cm 0.011 0.26 *** 0.032 0.85 ***

5-10cm 0.008 0.19 *** 0.026 0.71 **

10-30cm 0.009 0.20 *** 0.017 0.41 **

30-60cm 0.010 0.18 *** 0.012 0.26 **

60-90cm 0.010 0.15 *** 0.010 0.23

pH-Trend (Zeit bis 2 pH-Stufen aus-geglichen sind):ca. 250 Jahre ohne Kalkungca. 80 Jahre mit Kalkung

Basensättigung-Trend (Zeit bis 20 BS% ausgeglichen sind):???? Jahre ohne Kalkung (-0,6% /15a)ca. 40 Jahre mit Kalkung


Bodenschutzkalkung im Wald

• Langfristige Vertiefung des durch Feinwurzeln erreichbaren Wurzelraumes

O

O

A(e)h

f

h

L

Bodenschutzkalkungen

Mineralbodenoberfläche

Makroporen

Organo-mineralischer Kohlenstoff

Zeit (Jahrzehnte)

Wirkungsschema Was soll die Kalkung leisten?

• Neutralisierung aktueller Säure-einträge an der Bodenoberfläche

• Erhöhung der Basensättigung (Mg, K, Ca) im oberen Mineralboden

• Biologische Einarbeitung organischer Substanzen vom Auflagehumus in den Mineralboden (Ah-Horizont) sowie eine Erhöhung der Austauschkapazität im Wurzelraum

• Erhöhung der Pufferkapazität

Wirku

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Experimentelle Basis der Studie

Mat

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den

1. Hoch dosierter „aktueller Kalkungsversuch“ Ochsenhausen- kurzfristige EffekteVersuchsflächen-

bezeichnung Wuchsgebiet

Bodentyp Düngung

Düngeversuch Ochsenhausen

7/01b, Riß- Grundmoräne

Pseudogley-Parabraunerde

10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1994

2. „Historische“ Kalkungsversuche“, Abschätzung von LangzeiteffektenVersuchsflächen-

bezeichnung Wuchsgebiet

Bodentyp Düngung

Fi 337 Pfalzgrafenweiler

3/06 Flächenschwarzwald

Braunerde 2 t/ha kohlensaurer Kalk 1953, 1t/ha Thomasphosphat

DV 7 Pfalzgrafenweiler


Braunerde 10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949, 0,5t/ha Thomasphosphat, 1949

DV 9 Schönmünzach

3/05 Schwarzwald-Hornisgrinde

Podsol / Podsol - Braunerde

5 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949

DV 35 Klosterreichenbach


Podsol 20 t/ha Branntkalk, 1949

DV 35 Klosterreichenbach


Podsol 66 t/ha Kalkmergel, 1949

DV 2 / Calw


Podsol - Pseudogley 10 t/ha kohlensaurer Kalk, 1949

Bonndorf 4/I-III 5/03 Schwarzwald Obere Wutach

Pseudogley-Braunerde / Braunerde

6 t/ha Branntkalk, 1949

Triberg 1/I-IV 3/14 Mittlerer Schwarzwald

Braunerde/ Pseudogley-Braunerde

6 t/ha Branntkalk, 1950

DV 39 Ulm 7/01 b Voralpine Deckenschotter

Pseudogley- Parabraunerde

9,2 t/ha kohlensaurer Kalk, 1952


Effekte auf die Bodenreaktion

Öko

logisc

he E

ffek

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er K

alku

ng Niedrigdosierte Kalkungsversuche

-0-Feld gekalkt

pH [KCl ]2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2

Tie

fe

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

*

Hochdosierte Kalkungsversuche

-0-Feld gekalkt

pH [ KC l]2 3 4 5 6 7

Tie

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0

10

20

30

40

50

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100

110

120

***

***

**

*

Grenzwert für das Vorkommen von endogäischen Regenwürmern (Ehrmann et al. 1999)


Effekte auf die austauschbare Basensättigung

Öko

logisc

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alku

ngHochdosierte Kalkungsversuche

-0-Feld gekalkt

Base ns ä t t igung [%]0 20 40 60 80 100

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***

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***

*

0 5 10 15 20

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**

(*)

Niedrigdosierte Kalkungsversuche

Base ns ä t t igung [%]

-0-Feld gekalkt

Grenzwert für das Vorkommen von endogäischen Regenwürmern (Ehrmann et al. 1999)


Kalkungseffekt auf die Humusform, Kalkungsversuch Ochenhausen (6 Jahre nach Kalkung)

Dolomit, P1Dolomit, P1Nullfläche, P3Nullfläche, P3

Ol - Nadel-/Laubstreu (0.5 cm)Of – stark vernetzte Bruchstücke (1.5 cm)Oh – locker, krümelig, biogen

umgearbeitet (1.5 cm)

Ol – Nadelstreu, Thuidium (0.5 cm)Of – schichtig gel. Nadelstreu (3.5 cm)Oh – oben torfartig, bröckelig

zerfallend (1.5 cm)

Kaliumdüngeversuchsfläche OchsenhausenKontrolle Dolomit

Öko

logisc

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Kalkungseffekt auf die Humusform (Dünnschliff, 0.4mm)

0 1 2 3 4 5 cm0 1 2 3 4 5 cm0 1 2 3 4 5 cm

Kaliumdüngeversuchsfläche Ochsenhausen

P1 – 0,4 mmDolomit



P3 – 0,4 mmNullflächeP3 – 0,4 mmNullflächeP3 – 0,4 mmNullfläche

Öko

logisc

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Kalkungseffekt auf Regenwurm Abundanz

Kalkungsversuch Ochsenhausen

Abundanz von Regen-würmern in Humusauflage und oberem Mineralboden, 6 Jahre nach Applikation von 10 t/ha Dolomitkalk(A/B, a/b, verschieden p<0,05)

Öko

logisc

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Effekt auf Gas Diffusivität und Bodenbelüftung

Ds/

D0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

BS [%]0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ds/D0= (0.248 .(1- e-0.085.BS%))1.558

r2=0.59

Relativer scheinbarer Gas Diffusions Koeffizient (Messung nach SCHACK-KIRCHNER et. al. 2001) in Abhängigkeit der Basensättigung

Lang

fristige

öko

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he

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kte

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Kalkun

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Bodenbelüftung und FeinwurzeldichteDifferenz der Feinwurzeldichten zwischen Kontrolle und Kalkung über Ds/D0

BON_1_P1 BON_1_P2 BON_1_P3Fi337_6_P1 Fi337_6_P2 Fi337_6_P3KlosterK_P1 PfalzK_P1 SchönK_P1SchönK_P2 SchönK_P3 TRI_1_P1TRI_1_P2 TRI_1_P3 ULMK_P1

Tiefe 32-60 cm

-1

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2

3

4

5

6

7

8

9

10

DS/D00.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

Diff

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/cm

2 ]

Lang

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Zunehmender Kaliummangel(Beispiel Südwestdeutsches Alpenvorland)

Kaliu

mer

nähr

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Bodenartliche Gliederung der KaliumernährungW

alde

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Kaliu

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Results of interrupted percolation trials provide information about diffusive recharge of aggregate surfaces

0.08

0.06

0.04

0.02

K [µ

mol

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c-1

time [h

]

750 1000 1250ml 1M NH Cl4

12 h

24 h

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192 h

HILDEBRAND E.E., 1994


Ulm, Kalkungsversuch 39, 1952 gekalkt mit 9.2 t/ha

Fine Roots / 100 cm2 10 20 30 50

gekalkt2

26

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m]

Kontrolle2

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m]

Effekt der Kalkung auf die FeinwurzelverteilungLa

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Nitrat Leaching als ungewollter kurzfristiger Nebeneffekt Kalkungsexperiment

Ochsenhausen, (10 t/ha 1994)Ri

sike

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rkun

gen

Tiefe 80cmKontrolleKalkung

Jahr


Langfristige Umkehr der NitrifizierungsintensitätKalkungsexperiment Heidelberg, (2,5 t/ha 1975)

Tiefe 100cmKontrolleKalkung

Jahr

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Lang

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Identifikation des Kalkungsbedarfs für die Regeneration der natürlichen Bodenfunktionen

Aluminium wird durch starke Säuren mobilisiert, bei pH-Werten < 4,5

Natürliche Versauerung durch organische Säuren reicht normalerweise nicht tiefer als 50cm

Aluminium Sättigung in 60-90cm Tiefe ist über-wiegend anthropogen verursacht

Sie ist ein Indikator für den Kalkungsbedarf um den kumulierten Effecten der Bodenversauerung entgegen zu wirken.


Herleitung des KalkungsbedarfsLa

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Relativer Kalkungsbedarf in Baden-WürttembergAnzahl Kalkungen (3t/ha)

Lang

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Entwicklung GIS-KalkungstoolU

mse

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► Expertenbearbeitung für nicht eindeutig zuordenbaren Prüfflächen

► Weitgehend automatisierte Ableitung von Kalkungsflächen auf der Basis vorhandener Datengrundlagen (STOKA, BZE-Modell, Kalkungsdokumentation) unter Berücksichtigung von Restriktionsflächen

► Vorschlag zur Ausbringungstechnik und zum Ausbringungsmaterial

► Einbindung der Probenentnahme zur Absicherung der Expertenentscheidung

► Überführung in konkreten Kalkungsmaßnahmenplan


GIS

-Kal

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aßna

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plan

Technische Umsetzung Maßnahmenplan

Dolomit trocken verblasen

Dolomit erdfeucht verblasen

Dolomit/Holzasche erdfeucht Helikopter

Dolomit/Holzasche erdfeucht verblasen

Dolomit Granulat oder erdfeucht Helikopter

Dolomit erdfeucht Helikopter

Legende

QSG; Quellschutzgebiet

AUER; Sonderkartierung Auerwildhabitate

BRKZ; Kernzone Biosphärenreservat

BW; Waldschutzgebiete: Bannwald

DIC; Dicranum viride nach Prüfung

FVAV; Versuchsflächen FVA: BU, WW, PDV

KABE; kalkungssensible Standortseinheiten

LUBW; Bodendauerbeobachtung

N2Ke; endgültige WLRT

N2Kv; vorläufige WLRT

NHB; FOGIS Waldeinteilung

NPKZ; Kernzone mgl. Nationalpark

STOK; nicht kartiert, z.B. Teich, Steinbruch

WBK; kalkungssensitive Waldbiotope

WSZ1; Wasserschutzzone 1


Kontrolle / Dokumentation•Dosierung, Rezeptur

•Einhaltung Ausschlussflächen

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Technische Umsetzung

Detaillierte Flächenplanung• Rezeptur

• Dosierung

• Ausbringungsform: Heli, Verblasen

• Festlegung Lande- Umschlagplätze

• Technische Ausschlussflächen (Straßen)


Kalkungssensibilität vonWaldbiotope/FFH-Lebensraumtypen

Kategorien

1. Kalkungsunempfindliche Biotope/ Lebensraumtypen- keine fachliche Bedenken

2. KalkungsempfindlicheBiotope/ Lebensraumtypen- grundsätzlich von Kalkung ausgenommen

3. Biotope/Lebensraumtypen mit kalkungsunempfindlichen Strukturen > 2 ha,- Einzelfallprüfung, sensible

Strukturen ausgenommen

Naturschutz und Bodenschutzkalkung


0 85 89 0 85 89 0 85 89 0 85 89

FiSaRh FiSaMu FiAlka BuTaAl

FiSaRh: Fichte, schwach gepufferte Substrate,mächtige HumusauflageFiSaMu: Fichte, schwach gepufferte Substrate, geringmächtige HumusauflageFiAlka: F ichte, gut gepufferte SubstrateBuTaAl: Buche/Tanne, gut gepufferte Substrate, mächtige Humusauflage

0

2

1

Anzahl der Rote-Liste-ArtenLfU Baden-Württemberg / 83, Stufen 0-5

Arte

nzah

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Kalkun

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Ergebnis Praxiskal-kungsversuch 1983 auf ca. 8.500 ha (v.Wilpert et al. 1993)


Prozentanteil der Landeswaldfläche gekalkt

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2001

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2008

2009

2010

2011

2012

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[%]

Rheinland-Pfalz

Sachsen

Niedersachsen

ThüringenHessenBaden-Württembeg

Saarland

Sachen-AnhaltNRWBayern


Leitlinien des Konzepts zur regenerativen Bodenschutzkalkung

Schlus

sfolge

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en Natürliche Bodenfunktionen sollen so weit wie möglich wiederhergestellt werden (damit werden Wälder gegen Klimastress stabilisiert)

Die Dosierung wird streng am standortsspezifischen Kalkungsbedarf orientiert

Prinzip der Vorsicht (Orientierung an 70% des errechneten Kalkungsbedarfs)

Behebung von akutem Kaliummangel durch Beimischung von 30% Holzasche statt des ökologisch wenig sinnvollen K-Sulfats

Ökologische Wirkungen des Kalkungsprogramms werden durch das Forstliche Umweltmonitoring überwacht (z.B. Boden-und Waldernährungsmonitoring)

Sensitive Naturschutzflächen werden konsequent bei der Bodenschutzkalkung ausgeschlossen


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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