Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena2Thüringer Landesanstalt für Wald, Jagd und Fischerei, Gotha
3Friedrich-Schiller-Universität, Jena
Martina Mund1, Ingolf Profft2, Marion Schrumpf1, Ingo Schöning3, Jana Wäldchen1
Veränderungen der C-Vorräteim Boden bei forstlicher Nutzung
Makroklima
Bestandesklima
Einflussfaktoren
Streu-fall W
urzel-
streu
CO2 Erosion
DOC
Boden-C-VorratChemische, physikalische &
biologische Stabilisierung(Ton, pH, Wasser, Nährstoffe)
Makroklima
Bestandesklima
Einflussfaktoren
Streu-fall W
urzel-
streu
CO2 Erosion
DOC
Boden-C-VorratChemische, physikalische &
biologische Stabilisierung(Ton, pH, Wasser, Nährstoffe)
Forstliche Bewirtschaftung
Biologische Stabilisierung
BIOSPHERE
PEDOSPHERE
ATMOSPHERE
C
CC
CC
OC
C
CC
CC
OC
C
CC
CC
OC
primary biomass(litter)
secondary biomass(microorganisms)
degradation
degradation
C
SOMDOC
degradation
C
C
CO2
Schulze et al., 2002
Ton [g kg-1]
0 100 200 300 400 500 600
Cor
g [g
kg-1
]
0
20
40
60
80
100
AK FichteAK BuchePlenterwaldNaturwald
Stabilisierung durch Ton-Humus-Komplexe
Schrumpf, unveröffentlicht
Einfluss von Bodeneigenschaften überlagert Bewirtschaftungseffekt
Predicted values
10 20 30 40 50 60 70 80
Residuals
-40
-20
0
20
40
2*SD
mean
2*SD
Residual water [%]
0 1 2 3 4 5 6 7
Clay [%]
0
20
40
60
80
Residual water [%]
0 1 2 3 4 5 6 7
Clay [%]
0
20
40
60
80
Forest Cropland Pasture
y=9.3x+10.0
r2=0.56y=8.0x+10.6
r2=0.70
Wäldchen, in prep. 2009
Tongehalt läßt sich über Wassergehaltsdifferenz zwischen getrocknetemBoden bei 40°C und 100°C abschätzen
Podsolige Braunerde unter Fichte, Wetzstein, Thüringen
(Foto: Schrumpf)
Braunerde-Terra fusca unter Buche (Es, Ah), Langula, Thüringen
(Foto: Mund)
Organische Auflage
Org. Auflage:nur chem. Stabilisierung
Mineralboden:chem. + phys.Stabilisierung
Organische Auflage
Org. Auflage:nur chem. Stabilisierung
Mineralboden:chem. + phys.Stabilisierung
* Sensitiver gegenüber Baumartenwahl undallen biotischen & abiotischen Veränderungen
* Sehr hohe zeitliche und räumliche Variabilität
C-Vorräte der Wälder Thüringens
95 ± 30 t C ha-1
69 ± 26 t C ha-1
C-Vorräte im Mineralboden
28 ± 10 t C ha-1
192 ± 10 t C ha-1
C-Vorräte in der organischen Auflage
Gesamt-C-Vorräte ohne Totholz und BodenvegetationC-Vorräte in der Dendromasse
Wirth et al. 2003
Dendro-masse
49%
Mineral-boden
36%
organ. Auflage
15%
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung Feuermanagement Düngung Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / -
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
Einfluss der Forstwirtschaft
KahlschlagE
rlä
ute
run
g kontinuierliche Anlieferung von Streu wird unterbrochen
höhere Lichtintensität und höhere Temperatur an der Bodenoberfläche führen zu höherer Bodenaktivität
es findet vermehrter Streuabbau statt, d.h. der C-Vorrat des Bodens nimmt ab, humos gebundene Nährelemente und Stickstoff werden freigesetzt (Nährelementverluste)
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
Bestandesstabilität & Produktivität
Kalkung
Die Kompensationskalkung dient dazu, eine Verschlechterung des Zustands der Waldökosysteme zu verhindern
Erl
äu
teru
ng
Einfluss der Forstwirtschaft
Verbesserung der Magnesium- und Calciumversorgung der Waldökosysteme
Verbesserung des chemischen Milieus für Wurzeln und Boden-lebewesen und dadurch Anregung der biologischen Aktivität
Veränderung des pH-Wertes in der Of-Lage 1999 - 2002
2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
1 Cra
2 Cra
3 Cra
4 Cra
5 Cra
6 Cra
7 Cra
8 Bre
9 Bre
10 Bre
11 Bre
12 Bre
13 Bre
Fläc
he
pH (H2O)-Wert
Nullf läche
Nullf läche
Verbesserung Verschlechterung
alte Kalkungsfläche
Nullf läche / alte Kalkungsfläche
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
0+ / -
Bestandesstabilität & Produktivität
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
0+ / -+ / - + / 0
Boden-C-Vorräte (0-15 cm)„bereinigt“ um den Einfluss von Tongehalt und C/N-Verhältnis
Faktor "Bestand": P = 0.358
Schirmschlagbetrieb
0 30 60 90 120 150 180
Bod
en-C
-Vor
räte
0-15
(tC
ha-1
)
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Bestandesalter (Jahre)
Plenterwald NP Hainich
I II III I II III
Mun
d 20
04
Fa
llstu
die
Ha
inic
h-D
ün
Einfluss der Forstwirtschaft
Einfluss der Forstwirtschaft
"kor
rigie
rte"
Bode
n-C
- Vor
räte
0-15
(tC h
a-1)
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
Schirmschlag."Mühlhausen"
Plenterwald"Langula"
"Hainich NP"
Schirmschlag."Leinefelde"
40.31a
(± 4.66)
43.22a
(± 1.94) 41.68a
(± 6.62)
47.90a
(± 2.95)
Mittel der bewirtschafteten
Wälder: 41.7
„Ber
eini
gte“
Mittlere Boden-C-Vorräte (Oberboden 0-15 cm)F
alls
tud
ie H
ain
ich
-Dü
n
Mun
d 20
04
Shelter
Jährlicher Blattstreufall, Buchenwald
Mund 2004
Fallstudie: Hainich-Dün
I II III I II III
Stre
ufal
l (t C
ha-1
Jah
r- 1)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Bestandesalter (Jahre)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Stre
ufal
l (t C
ha-1
Jah
r- 1)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
PlenterwaldNP Hainich
Schirmschlagbetriebe
T
Räumung
Verjüngungshieb
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
0+ / -+ / - + / 0
+ / - / 0- / +
Menge aber pH, biol. Aktivität, Bestandesstabilität
BZ
E II
–A
usw
ert
un
g C
-Vo
rrä
te
Hu
mu
s n
ac
h B
au
ma
rte
n
Einfluss der Forstwirtschaft
TLWJF, unveröff.
2,88
3,25
1,00
1,50
3,50
2,00
1,00
3,00
1,50
1,25
3,00
1,13
1,75
3,38
0,88
2,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
Auf
lage
mäc
htig
keit
(cm
)
Fichte Kiefer Lärche Buche Eiche SHL
Hauptbaumart
Oh Of L
C-Vorräte t/ha
32,80
39,33
21,20
18,74
6,953,86
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
Oh Of L
Buche Eiche Fichte Kiefer SHL
Rohhumus
Moder
Mull
Einfluss der Forstwirtschaft
Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte
Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung
Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)
Nadelwald in Laubwald Drainage
(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)
++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)
+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -
0+ / -+ / - + / 0
+ / - / 0- / +--
BIOME-BGC Modellierung, Wirth et al., 2003
+N, +CO2, +TAlters-
klassen-effekt
Management
Beiträge verschiedener Einflussfaktoren
zur Änderung der Holzbiomasse
im Thüringer Landeswald
1993 – 2000
Fallstudie: Thüringen - Einflussfaktoren
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Pole Wood Young Timber
Old Timber Selection forest
Unmanaged forest
n=12 n=12n=22
n=16 n=16
a aa
a a
Bereinigte Boden-C-Vorräte (Bodentiefe: 7 cm, Tongehalt: 30%)
Kg m-2
Age class forest
Data: Erik Grüneberg, Ingo Schöning, Wolfgang W. Weisser, E.-D. SchulzeGraphic: Ingo Schöning (Excel)
Fallstudie: Hainich-Dün
Mittlere Boden-C-Vorräte bei unterschiedlicher Waldnutzung
Jahr Streueintrag Rhet(Labor) Boden-C-Bilanz
(g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1)
2002 426 437 -11
2003 427 395 32
2004 473 395 78
2005 453 443 10
2006 483 417 66
Mittel 452 417 35
Kutsch et al. subm. Biogeochem.
Fallstudie: NP Hainich, unbewirtschaftet
Boden-C-Akkumulations-Rate I
JahrStreu-eintrag
Rhet
(Model)Boden-C-
Bilanz
(g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1) (g C m-2 y-1)
2000 401 432 -31
2001 411 408 3
2002 426 430 -4
2003 427 385 42
2004 473 437 36
2005 453 474 -21
2006 483 454 29
2007 451 497 -46
Mittel 439 440 1 (16)*
*(2002-2006)
Fallstudie: NP Hainich, unbewirtschaftet
Boden-C-Akkumulations-Rate II
Schrumpf, in prep.
OC Konzentration [g kg-1]
0 20 40 60
Bod
en T
iefe
[cm
]
0
10
20
30
40
50
60
Lagerungsdichte [g m-3]
0.0 0.5 1.0 1.5p < 0.05p < 0.05
p < 0.01
p < 0.05
p < 0.05
n.s.
n.s.
Kumulativer OC Vorrat [kg m-2]
0 2 4 6 8 10 12
Bod
en G
ewic
ht [k
g m
-2]
0
100
200
300
400
500
60020092004
0.361 p < 0.1ca. 70 g m-2 y-1
Wiederholte Bodeninventur im Hainich 2004 und 2009
Fallstudie: NP Hainich, unbewirtschaftet
Mund (2004)(chronosequences/differences in C-stocks)
0 - 70 gC m-2 a-1
Kutsch et al. (2009) (C-fluxes)
1 - 35 gC m-2 a-1
Schrumpf (2009) (changes in C-stocks)
bis zu 70 gC m-2 a-1
Fallstudie: Hainich-Dün Region
Das Ziel eines Boden-C-Waldmanagements muss sein:
(1) C-Freisetzungen aus dem Boden durch die Bewirtschaftung oder durch andere Störungen (z.B. Sturm) zu minimieren und
(2) den C-Eintrag über die Streu kontinuierlich möglichst hoch zu halten.
Dies gelingt durch:
standortsgerechte Baumartenstabile Bestandesstrukturen mit nachhaltig hohen Biomasse-vorräten (und hochwertigen, langlebigen Holzprodukten)nur kleinräumigen und kurzzeitigen Auflichtungen des Kronendaches durch die StammnutzungVerzicht auf Bodenbearbeitung und Ganzbaumernte
Schlussfolgerungen
Vielen Dank !
Weitere Informationen unter:
Martina Mund [[email protected]]
Marion Schrumpf [[email protected]]
Ingolf Profft [[email protected]]
oder im Internet unter:
www.waldundklima.net
Wäldchen, pers. comm.
C-Vorräte in Böden 60-200 Jahre nach der Umwandlung von Mittelwald in Hochwald
Fallstudie: Hainich-Dün
Baumarteneffekte
B E B E B E
50
40
30
20
10
Buche Eiche Linde Ahorn Esche
Mühlhausen Hainich Sollstedt B = Buche E = Edellaubholz
18Vesterdal et al. (2008)eigene Messungen
16
14
12
100
C/N-Verhältnis in der organischen Auflage und Mineralboden 0-4 cm
Schöning et al. 2009
Baumarteneffekte
C-Vorräte im Mineralboden 0-4 cm [kg m-2]FEDith vs. total soil C.png
B E B E B E
Mühlhausen Hainich Sollstedt
3,0
2,0
1,0
FeDCB [g kg-1]
EdellaubholzMühlhausen
BucheMühlhausen
70
60
50
40
30
8 10 12 14 16
Schöning et al. 2009
Baumarteneffekte
FEDith vs. total soil C.png
B E B E B E
Mühlhausen Hainich Sollstedt
3,0
2,0
1,0
FeDCB [g kg-1]
EdellaubholzMühlhausen
BucheMühlhausen
70
60
50
40
30
8 10 12 14 16
C Konzentration in g kg‐1 vs. FeDCB
Schöning et al. 2009
Mittlere Boden-C-Vorräte bei unterschiedlicher Waldnutzung
Standorte
"kor
rigie
rte"
Bode
n-C
- Vor
räte
0-15
(tC h
a-1)
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
Schirmschlag."Mühlhausen"
Plenterwald"Langula"
"Hainich NP"
Schirmschlag."Leinefelde"
40.31a
(± 4.66)
43.22a
(± 1.94) 41.68a
(± 6.62)
47.90a
(± 2.95)
Mittel der bewirtschafteten
Wälder: 41.7
„Ber
eini
gte“
Oberboden 0-15 cm
Mund 2004
Fallstudie: Hainich-Dün