Nährstoffkreislauf in reinen Fichten- und Mischbeständen

Als man im 19. Jahrhundert begann, Fichte (Picea abies) außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebietes in typischen Mischwaldgebieten aufzuforsten, wurden die unterschiedlichen Effekte von Buche (Fagus sylvatica) und Fichte auf den Waldboden diskutiert. Aufgrund der heute vielfach praktizierten naturnahen Forstwirtschaft denkt man vermehrt über eine Rückführung in gemischte Fichten/Buchenbestände nach, obwohl auch die Buche nicht immer die natürliche Baumart darstellt. Die versauernde Wirkung der Fichte ist zwar erwiesen, nicht jedoch deren negative Auswirkung auf das Baumwachstum. Vergleichende Studien zum Nährstoffkreislauf in sekundären Fichten- und Fichten/Buchenwäldern sind Gegenstand dieses Projektes. Die Arbeitshypothesen lauten: a) Der Eintrag von Kohlenstoff und Makronährstoffen ist abhängig von der Baumartenzusammensetzung. b) Quantität und Qualität dieses Eintrages verändern Nährstoffvorräte und -kreisläufe in Waldökosystemen. c) waldbauliche Methoden, in diesem Fall Beimischung von Buche, stellen eine Möglichkeit dar, Nährstoffvorräte sowie Stickstoffspeicherung und -freisetzung zu manipulieren. Angesichts vielerorts bereits gesundheitsschädlicher Nitratwerte im Grundwasser, ist diese Thematik besonders aktuell. Der methodische Ansatz beruht auf vier Säulen: i) Regressionsanalysen von Boden- und Nährstoffdaten sollen zu einem besseren theoretischen Verständnis der Auswirkungen von waldbaulichen Maßnahmen führen. ii) Modelle sollen die erworbenen Kenntnisse vertiefen und Auswirkungen forstlicher Maßnahmen auf Bodenprozesse und Nährstoffflüsse simulieren bzw. vorhersagen. iii) Nährstoffkreisläufe für reine Fichten- und gemischte Fichten/Buchenbeständen werden anhand natürlicher Isotopenmessungen genauer differenziert, da C-13-, N-15-, O-18-Nitrat- und Sr-87-Signale in Vegetation und Boden wertvolle Hinweise über Nährstoffdynamik in Waldökosystemen liefern. iv) Mikrobiologische Nährstoffumsätze werden mit C- und N-Isotopenmessungen gekoppelt, weil im Verlauf von mikrobiellen Transformationen stets das schwerere Isotop diskriminiert wird.

Als man im 19. Jahrhundert begann, Fichte (Picea abies) außerhalb ihres natürlichen Ver-breitungsgebietes in typischen Mischwaldgebieten aufzuforsten, wurden die unterschiedli-chen Effekte von Buche (Fagus sylvatica) und Fichte auf den Waldboden diskutiert. Aufgrund der heute vielfach praktizierten naturnahen Forstwirtschaft denkt man vermehrt über eine Rückführung in gemischte Fichten/Buchenbestände nach, obwohl auch die Buche nicht im- mer die natürliche Baumart darstellt. Die versauernde Wirkung der Fichte ist zwar erwiesen, nicht jedoch deren negative Auswirkung auf das Baumwachstum. Aus diesem Grund wurden Folgen möglicher Beimischungen von Buche zu sekundären Fichtenwäldern, insbesondere für den Nährstoffhaushalt, untersucht. Es wurden die Stoffflüsse mit dem Bestandesniederschlag, Stammablauf, Streufall und Bo-denwasser auf ausgewählten Standorten gemessen. Aufgrund der höheren Filterkapazität für atmosphärische Schadstoffe von Fichte gegenüber Buche, waren die Flüsse von H+ , NO 3 - und SO 4- -- unter Fichte deutlich höher als unter dem benachbarten Fichten/Buchenbestand. Die Bodenwasserkonzentrationen der analysierten Anionen und Kationen waren unter reiner Fichte ca. doppelt so hoch wie unter dem Mischbestand. Nährstoffverluste wurden mittels Multiplikation der gemessenen Konzentrationen mit modellierten Wasserflüssen geschätzt, welche unter Fichte ein Mehrfaches des Wertes unter dem Mischbestand betragen. Ange-sichts vielerorts bereits gesundheitsschädlicher Nitratwerte im Grundwasser, ist diese The-matik besonders aktuell. Die Auswertung von gemessenen 87Sr/86Sr Verhältnissen erlauben den Schluss, dass Buche eine wirkliche Kalziumpumpe darstellt (Aufnahme von Ca aus tieferen Bodenhorizonten), und dass überraschender Weise dieses Kalzium überwiegend atmosphärischen Ursprungs ist und nur zum geringeren Teil aus der Verwitterung stammt. Wir schließen daraus, dass selbst unter dem Mischbestand Ca gemeinsam mit Nitrat, Sulfat oder organischen Anionen aus dem Oberboden ausgewaschen wird, welcher hauptsächlich von Fichtenwurzeln durchsetzt ist. In tieferen Bodenschichten werden Ca und andere basische Kationen von der Buche aufgenommen und somit dramatische Nährstoffverluste vermieden. Die Ausgasungen von CO 2 und N2 O aus dem Boden waren unter dem Mischbestand deutlich höher als unter dem reinen Fichtenbestand. Offensichtlich übt die Baumartenmischung auf-grund der unterschiedlichen Wirkung auf Nährstoffversorgung, N-Depositionsrate und Bo-denwasserregime einen signifikanten Einfluss auf die Emission dieser Treibhausgase aus. In Vergleich zu stickstoffgedüngten landwirtschaftlichen Flächen sind die N 2 O Verluste geringer als in den untersuchten Waldökosystemen (1-3 kg N2 O-N ha -1 a -1 ). Da jedoch ca. 50% der österreichischen Staatsfläche bewaldet ist, könnte die Manipulation der N2 O Emission über die Baumartenwahl theoretisch einen Beitrag zur nationalen Klimagasbilanz darstellen. Die Applikation der stabilen N-Isotopen Methode ermöglichte die Feststellung des dominierenden N2 O produzierenden Prozesses: Denitrifikation im Mischbestand, Nitrifikation im Fichtenbestand.