Prognose über die Erholung der Böden vom Sauren Regen in Buchenwäldern

Aus Vergleich von chemischen Bodenparametern im Stammfußbereich und Zwischenflächenbereich von 152 Altbuchenstandorten im Wienerwald (Probennahme 1984/85) schloss Lindebner (1990) auf einen signifikanten Immissionseinfluss: Bodenversauerung, erhöhte Schwefel (S) gehalte, sowie Verlust der basischen Kationen Kalzium und Magnesium. Zwischenzeitlich wurden die Emissionen von SO2, dem wichtigsten Ausgangsprodukt für die Bildung des Sauren Regens, sehr stark reduziert. Trotzdem ist dieses alte Thema "Acid Rain" wieder von großer Aktualität, da in Abhängigkeit von festzustellenden Bodenparametern die Freisetzung von historisch deponiertem S mancherorts höher ist als der Eintrag und gegenwärtig Boden- und Oberflächengewässerversauerung verursacht. Tatsächlich konnte in einem Vorversuch anhand einer neuerlichen Beprobung von 19 dieser 152 Flächen ein Anstieg des pH-Wertes im Oberboden festgestellt werden, wobei sich der Stammfußbereich stärker als der Zwischenflächenbereich verändert hat. Veränderungen des Bodenchemismus mit zunehmender Entfernung vom Stammfuß wurden bereits in den 1980ern von Sonderegger (1982) und Kazda (1983) an ausgewählten Buchen im Flysch-Wienerwald gemessen und sehr gut dokumentiert. Die Arbeitshypothesen dieses Projektes lauten: a) die Böden haben sich aufgrund der Emissionsreduktion von SO2 seit den 1980ern erholt; b) der Rückgang der Bodenversauerung ist eine Funktion der historischen Schadstoffbelastung und der Zeit; c) eine Zufuhr der verlorenen basischen Kationen ist hilfreich, um die Bodenerholung anhand verschiedener Parameter zu definieren und zeitlich zu bewerten; d) die netto S-Bilanz ist entscheidend, um Prognosen über die Erholungsfähigkeit der Böden zu treffen und ist von S-Input und Bodenparametern abhängig. Folgende Methoden werden zur Überprüfung der vier Hypothesen eingesetzt: i) historische und rezente chemische Bodenparameter von ca. 90 dieser Altbuchenstandorte (Lindebner, 1990) werden miteinander verglichen. ii) Die räumliche Heterogenität von Bodensäulen dieser drei nährstoffreichen Standorte auf Flysch (Sonderegger, 1982; Kazda, 1983) sowie dreier nährstoffarmer Standorte auf Molasse in 5 Abständen (27 cm bis 300 cm, jeweils 3 Bodentiefen) hangabwärts vom Stammfuß bis zur Zwischenfläche erlaubt Aussagen zur Reversibilität der Bodenversauerung. Die Originalität dieses Ansatzes besteht darin, dass auf dem gleichen Standort Bodenprofile unterschiedlicher historischer Belastungen (Stammfuß wurde aufgrund der Filterwirkung des Baumes und Eintrag mit dem Stammabfluss wesentlich stärker belastet) in einer sogenannten "falschen Zeitreihe" (steigende Bodenwasserflüsse aufgrund des zunehmenden Stammabflusses mit abnehmender Distanz zum Stamm verursachte eine schnellere Erreichung des Gleichgewichtszustandes mit den abnehmenden S-Einträgen) studiert werden können. Diese Prognosen werden mit dynamischen Versauerungsmodellen (z.B.: PnET-BGC) verglichen, wobei ein Schwerpunkt darauf gelegt wird, wie die iii) Bereitstellung von basischen Kationen (experimentelle Gaben in den 1990ern, Ca-Pumpe der Buche, Verwitterung) die Erholungsparameter im zeitlichen Verlauf beeinflusst. iv) Anhand der wässrigen Elementflüsse durch diese jeweils 5 Bodensäulen werden Input/Output-Bilanzen aufgestellt und umfangreiche Untersuchungen zur Biogeochemie von S (inklusive stabiler Isotopenanalytik zwecks Evaluierung unterschiedlicher S-Quellen) durchgeführt.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts stiegen die Schwefel (S) Emissionen kontinuierlich an und erreichten Spitzenwerte in den frühen 1980ern. Aufgrund internationaler gesetzlicher Maßnahmen wurden die SO2 Emissionen zwischenzeitlich stark reduziert. Z.B., nahmen in Österreich die SO2 Emissionen von 1980 (385.000 t) bis 2013 (17.000 t) um 95% ab. Wissenschaftlich ist dieses Saure Regen-Thema bedeutend, da zurzeit in vielen bewaldeten Einzugsgebieten der Schwefelaustrag aus dem Waldboden höher als der Eintrag ist. Dieser historische Schwefel wird jetzt wieder freigesetzt, weshalb sich die pH-Wert Erholung von Böden und Oberflächengewässern verzögern kann.Wir beprobten 97 Buchenaltbestände des Wienerwaldes erneut. Diese Studie baut auf einem umfangreichen Datenmaterial von Boden (Stammfuß- und Zwischenflächenbereich in unterschiedlichen Tiefen) und Blattproben vor drei Jahrzehnten auf. Da die Äste von Buchen wie ein Trichter wirken, wurde die schadstoffbelastete Kronentraufe insbesondere in Nähe des Stammes zu Boden geleitet. Während die Versauerung in den tieferen Bodenhorizonten weiter voranschreitet, haben sich die Oberböden stabilisiert bzw. leicht erholt. Trotz Abnahme des Sauren Regens (SO2-Emissionen) hat sich die Waldernährung nicht verbessert. Die Freisetzung von historischen S hat die S-Blattgehalte sogar erhöht. Die Blatternährung mit basischen Kationen ist gesunken. Weitere Verschiebungen der Nährstoffverhältnisse werden Vitalitätsverluste verursachen.Zusätzlich wurden Bodenproben hangaufwärts (-55 cm) und hangabwärts (5 Distanzen: 27, 55, 100, 150 und 300 cm) von ausgewählten Buchenstämmen auf drei nährstoffreichen (Flysch) und drei nährstoffarmen (Molasse) Böden geworben und analysiert (Auflage und Mineralboden bis in 50 cm Tiefe). Die Kronentraufe und die Bodenlösung wurden alle zwei Wochen gesammelt. Netto-Mineralisation von organischem S auf Flysch (Oberboden) und Desorption von eingetragenem, historischen, anorganischen S auf Molasse (Unterboden) stellen gegenwärtige S-Quellen dar und verursachen Auswaschung von Sulfat. Weiteres wurden in diesen Bodenproben verschiedene S-Fraktionen (z.B., adsorbierter Sulfat-S und organischer S) gemessen, welche klare Verteilungsmuster um den Stamm erkennen ließen. Nachdem eine neue Methode zur Messung stabiler S-Isotopen im Sulfat optimiert war, zeigte sich, dass die ?34SVCDT Werte in der Bodenlösung geringer als in der Krontentraufe sind. Diese Tatsache deutet darauf hin, dass ein Großteil des atmosphärisch deponierten Sulfats erst nach einem ganzen Kreislauf über den organischen S-Vorrat als Sulfat in der Bodenlösung aufscheint.Schließlich wurde ein neues Modell zur Biogeochemie von S aufgesetzt, welches anhand der drei Buchenbestände auf dem nährstoffreichen Boden auf Flysch kalibriert wurde. Das Modell konnte erfolgreich die S-Vorrate im Boden und den zeitlichen Verlauf der Sulfat-Konzentrationen im Bodenwasser reproduzieren, sodass die Bedeutung der verschiedenen Prozesse zur Sulfat-Freisetzung gewichtet werden können. Das mikrobielle Wechselspiel zwischen Immobilisierung (Einbau) und Mineralisierung (Freisetzung) verursacht die gegenwärtigen saisonalen Verläufe der Sulfat-Konzentrationen in der Bodenlösung. Die Mineralisierung von stabilen organischen S-Komponenten, welche von der pflanzlichen Biomasse stammen, verursacht zurzeit eine Netto-Freisetzung von S (Output > Input). Das Modell prognostiziert, dass es noch sehr lange dauern kann, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand (Input = Output ) einstellen wird.