Sukzession und Bodenkohlenstoff nach Waldstörung

Waldböden speichern große Mengen an Kohlenstoff und stellen dadurch eine globale Senke für atmosphärisches CO2 dar. Damit erfüllen sie eine wichtige Funktion im Klimaschutz. Durch eine klimabedingte Zunahme an Waldstörungen, wie z.B. durch Windwürfe, können die im Wald gespeicherten Bodenkohlenstoffvorräte jedochdrastisch reduziertwerden. Einhergehende Kohlenstoffverluste an die Atmosphäre wirken sich negativ auf das Klima aus. Erst mit einer erfolgreichen Wiederbewaldung nehmen die Bodenkohlenstoffvorräte wieder zu. In vielen Europäischen Wäldern ist eine Baumverjüngung allerdings durch Wildverbiss und dichte Bodenvegetation stark beeinträchtig, und betroffene Ökosysteme verbleiben über Jahrzehnte in grasdominierten Stadien. Die Auswirkungen sukzessionaler Divergenzen (d.h. Baumverjüngung vs. Grasbedeckung) auf den Bodenkohlenstoffkreislauf sind weitgehend unbekannt, und zugrundeliegende Prozesse kaum untersucht. In diesem Projekt werden sukzessionale Pflanzengruppen und Bodenpilze mit Abbauprozessen und Kohlenstoffvorräten im Boden verknüpft. Es wird postuliert, dass der Kohlenstoffkreislauf von pflanzentypischen Mykorrhizapilzen wesentlich beeinflusst wird. Viele Baumarten bilden Symbiosen mit Ektomykorrhizen, während Gräser hauptsächlich Symbiosen mit arbuskulären Mykorrhizen bilden. Es wird angenommen, dass Ektomykorrhizen, im Gegensatz zu arbuskulären Mykorrhizen, vor allem den Abbau von altem Bodenkohlenstoff beschleunigen. Dieses Projekt basiert auf einer Reihe von Experimenten, welche Untersuchungen auf natürlichen Waldstörungsflächen bis hin zu kontrollierten Mikrokosmosversuchenumfassen.BödenvonWindwurfflächen mit Baumverjüngungund Grasbedeckung werden im Labor fraktioniert und auf ihre stabilen Isotopen und Radiokarbonsignaturen (14C) analysiert. Damit wird es ermöglicht, den Abbau alten Bodenkohlenstoffs, und die Menge an neuem, pflanzenbürtigem Kohlenstoff zu quantifizieren. Die Ergebnisse werden mit DNA-basierten Pilzdaten und Kohlenstoffflüssen aus dem Boden verknüpft. Mittels Mikrokosmosversuchen wird untersucht, wie Pflanzentypen und ihre Mykorrhizen Abbauprozesse direkt beeinflussen. Die Kombination aus modernen Analysen und innovativen experimentellen Versuchen ermöglicht es neue und umfangreiche Erkenntnisse im komplexen Feld der Störungsökologie zu gewinnen. Die Ergebnisse sind daher für ForscherInnen aus dem Gebiet der Mikrobiologie, der funktionellen Ökologie als auch der Ökosystemmodellierung gleichermaßen von großem Interesse, und werden in hochrangigen Fachjournalen publiziert. Darüber hinaus ist das Projekt für politische Akteure und die Forstpraxis relevant, da es hilft die Einflüsse von Waldstörungen und Sukzession auf die Klimaschutzfunktion von Wäldern besser abzuschätzen. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) durchgeführt.

Waldböden speichern große Mengen an Kohlenstoff und stellen dadurch eine globale Senke für atmosphärisches CO2 dar. Damit erfüllen sie eine wichtige Funktion im Klimaschutz. Durch eine Zunahme an Waldstörungen, wie z.B. durch Windwürfe oder Borkenkäferbefall, können die im Wald gespeicherten Bodenkohlenstoffvorräte jedoch drastisch reduziert werden. Einhergehende Kohlenstoffverluste an die Atmosphäre können sich negativ auf das Klima auswirken. Erst mit einer erfolgreichen Wiederbewaldung nehmen die Bodenkohlenstoffvorräte wieder zu. In vielen Europäischen Wäldern ist eine Baumverjüngung allerdings durch Wildverbiss und dichte Bodenvegetation stark beeinträchtig, und betroffene Ökosysteme verbleiben über Jahrzehnte in grasdominierten Stadien. In diesem Projekt wurden die Auswirkungen solcher Sukzessionsdivergenzen (z.B. Baumverjüngung vs. Grasbedeckung) auf den Bodenkohlenstoffkreislauf untersucht und die zugrundeliegenden Rückkopplungsprozesse zwischen Pflanzen, Boden und Mikroorganismen analysiert. Das Projekt basiert auf einer Reihe von Experimenten, die von Untersuchungen auf natürlichen Waldstörungsflächen bis hin zu kontrollierten Mikrokosmos-Experimenten reichen. Die angewandten Methoden reichten von Kohlenstoff- und Nährstoffmessungen bis hin zu innovativen Isotopen- und DNA-basierten Techniken. Es konnte gezeigt werden, dass die Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte im Boden mit zunehmender Dauer der Grasbedeckung ansteigen. Drei Jahrzehnte nach der Störung des Waldes waren diese Vorräte um etwa ein Drittel höher als an Standorten, an denen sich nach der Störung eine Baumverjüngung etabliert hatte. Dieser Anstieg war zu einem großen Teil auf den Kohlenstoffeintrag durch die Feinwurzeln der Gräser zurückzuführen. Auch die mikrobielle Gemeinschaft unterschied sich deutlich zwischen den beiden Systemen. Auf den grasdominierten Standorten waren Ektomykorrhizapilze, die vor allem in Symbiose mit Bäumen leben, fast verschwunden. Dagegen waren abbauende, saprotrophe und pathogene Pilze häufiger. Grasdominierte Standorte wiesen auch eine höhere Stickstoffmineralisierung und Nitrifikation auf, die mit einer höheren Anzahl von Bakterien und Archaeen in Verbindung gebracht wurden. Die höhere Stickstoffverfügbarkeit könnte das Graswachstum weiter gefördert und dem Boden in den Jahren nach der Störung zusätzlichen Kohlenstoff zugeführt haben. Während sich die Kohlenstoffspeicherung und -stabilität im Boden auf grasdominierten Standorten verbesserte, war das Gesamtpotenzial der Kohlenstoffspeicherung auf grasdominierten Standorten jedoch geringer als auf Standorten, die sich mit Bäumen verjüngten. Im Vergleich zu Wäldern fehlt den grasdominierten Systemen die Kohlenstoffbindung in der Holzbiomasse. Verjüngte Waldstandorte erreichten daher innerhalb von 30 Jahren eine höhere Gesamtkohlenstoffbindung. Die Ergebnisse dieses Projektes geben Einblick in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und Boden in Wäldern nach Störungen. Sie zeigen die wichtige Rolle verschiedener Pflanzenarten für das Kohlenstoffbindungspotenzial von Waldökosystemen nach Störungen. Das Projekt wurde von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) mit Unterstützung der Österreichischen Bundesforste (ÖBf AG), der Nationalpark Kalkalpen GmbH und des Umweltbundesamtes (UBA) durchgeführt.