Auswirkungen von Waldstörungen auf Zersetzung und Bodennährstofffreisetzung

Bergwälder sind besonders vom Klimawandel betroffen, da höhere Temperaturschwankungen als das globale Mittel erwartet werden. Aus diesem Grund werden zunehmende Intensitäten von großflächigen Waldstörungen, insbesondere Windwurf und Borkenkäferbefall, vermehrt die Funktionen von Bergwäldern gefährden. Waldregionen der Kalkalpen stellen in diesem Zusammenhang potentielle Hot- spots für Störereignisse dar. Auswirkungen dieser Störungen auf den Nährstoffkreislauf von Wäldern der Kalkalpen sind bis dato nur wenig untersucht. Da die Böden der Kalkalpen in der Regel sehr flachgründig sind, beschränkt sich der Nährstoffkreislauf vorwiegend auf die organische Bodenschichte und die Vegetation. Störungsbedingte Unterbrechungen der Nährstoffaufnahme durch den Baumbestand können einen raschen Nährstoffverlust mit dem Bodensickerwasser verursachen und somit Wachstum und Ertrag des Folgebestandes stark reduzieren. Plötzliche, störungsbedinge Nährstoffauswaschungen können einen gesundheitsgefährdeten Anstieg der Nitratkonzentration des Trinkwassers verursachen. Im Rahmen dieses Projektes wird der Einfluss von Störungen auf Zersetzung, Mineralisation und Bodennährstofffreisetzung anhand von künstlich behandelten Beständen in Oberösterreich untersucht. Nach einer kurzen Untersuchungsphase in den unbehandelten Beständen werden großflächige Störungen durch Kahlschlag mit und ohne Schlagabraum, sowie durch Ringelung der Bäume nachgeahmt. Die Arbeitshypothesen lauten: i) Je nach Art, beeinflussen Waldstörungen Nährstofffreisetzung und - speicherung und können beträchtlich Verluste der Nährstoffvorräte verursachen, ii) die Freisetzung dieser Nährstoffe durch Zersetzung und Mineralisation unterscheidet sich zwischen Blattstreu, Wurzeln, Auflage und Mineralboden, und iii) eine netto Kohlenstoffsenke oder -quelle kann einzelnen biogeochemischen Prozessen und Bodentiefen zugeordnet werden. Nach Messung der Nährstoffverluste anhand von Input/Output-Bilanzen (Flüsse mit dem Kronendurchlass bzw. Bodensickerwasser) über einen 2,5-jährigen Versuchszeitraum und Vergleich dieser Nährstoffverluste mit den vorhandenen Vorräten in Boden und Biomasse, sollen die Ursachen erörtert werden. Anhand von Inkubationsversuchen von Blattstreu, Wurzeln und Boden werden die möglichen Quellen der Nährstofffreisetzung miteinander verglichen. Letztendlich sollen die Auswirkungen der Manipulationen auf die netto Boden-Kohlenstoffbilanz quantifiziert werden. Das angestrebte Ziel ist es, i) Konzepte für die Bewirtschaftung von Waldbeständen nach Störungseinfluss in Hinblick auf den Nährstoffhaushalt zu erstellen, nachdem der ii) Einfluss der Störungen auf boden- biogeochemische Prozesse evaluiert wurde, und die iii) netto Boden-Kohlenstoffsequestrierung ermittelt wurde.

Zunehmende Intensitäten von großflächigen Waldstörungen, insbesondere Windwurf und Borkenkäferbefall, werden vermehrt die Funktionen von Bergwäldern gefährden. Waldregionen der Kalkalpen stellen in diesem Zusammenhang potentielle "Hot-spots" für Störereignisse dar. Auswirkungen dieser Störungen auf den Nährstoffkreislauf von Wäldern der Kalkalpen sind bis dato nur wenig untersucht. Da die Böden der Kalkalpen in der Regel sehr flachgründig sind, beschränkt sich der Nährstoffkreislauf vorwiegend auf die organische Bodenschichte und die Vegetation. Störungsbedingte Unterbrechungen der Nährstoffaufnahme durch den Baumbestand können einen raschen Nährstoffverlust mit dem Bodensickerwasser verursachen und somit Wachstum und Ertrag des Folgebestandes stark reduzieren. Deshalb simulierten wir in einem Buchenbestand in Oberösterreich Störungen mittels Kahlschlag (ohne und mit Schlagrücklass), sowie Ringelung, um die Auswirkungen auf Zersetzung, Mineralisation und Bodennährstofffreisetzung festzustellen. Es wurden die verfügbaren Nährstoffmengen des Bodens jenen der Biomassefraktionen gegenüber gestellt. In Abhängigkeit vom Ernteverfahren wurden die entnommenen Nährstoffe rechnerisch in Prozent der im Boden verbleibenden Nährstoffe ausgedrückt. Werte über 50 % sind kritisch zu beurteilen, da ohne Eintrag von außen die Nährstoffversorgung für den Folgebestand nicht ausreichend wäre. Dieser Grenzwert wurde für Kalium überschritten, da die Freisetzung aus der Verwitterung auf Kalk vernachlässigbar ist. Die Holzernte darf sich deshalb nur auf das Stammholz konzentrieren, und Ast- und Blattfraktionen müssen auf der Schlagfläche verbleiben. Eine Entrindung auf der Schlagfläche würde die Nährstoffbilanz zusätzlich verbessern. Die atmosphärische Freiflächen-Deposition von Stickstoff (11 bis 14 kg/ha/Jahr) und von Schwefel (3 bis 4 kg/ha/Jahr) war gering. Die Bodenlösung wurde alle 2 Wochen gesammelt und chemisch analysiert. Alle künstlichen Manipulationen verursachten erhöhte Konzentrationen von Nitrat. Diese Zunahme ist auf fehlende Pflanzenaufnahme bei gleichzeitig erhöhter Mineralisation von organischem Stickstoff bei höhere Oberflächentemperaturen zurückzuführen. Die mittleren Nitrat-Konzentrationen betrugen während der ersten Vegetationsperiode nach den Behandlungen 30 mg/l, ein bereits gesundheitsgefährdender Wert. Die Kahlflächen mit Schlagrücklass (Äste und Zweige mit Blättern) verursachten höhere Nitrat-Konzentrationen als jene ohne Rücklass. Auf den geringelten Flächen, welche beispielsweise Borkenkäferbefall simulieren, hielten die hohen Bodenauswaschungen länger an, da die Bäume nur allmählich abstarben. Wir kombinierten Streuzersetzungen in Mikrokosmen (offen Ringe) mit Messungen der Treibhausgasemissionen von Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O) und Methan (CH4). Im Zuge der Zersetzung wurden grob zwei Drittel des in der Streuauflage enthaltenen Kohlenstoffes (C) als CO2 an die Atmosphäre, und ein Drittel über physischen oder biotischen Transport sowie Auswaschung als gelöster organischer C in den Boden verlagert. Die Streuzersetzung wurde auch anhand sogenannter Streusackerl studiert. Das bedeutet, Pflanzenmaterial wurde in Netzsackerl exponiert und der Massenverlust im Laufe der Zeit gemessen. Die Ergebnisse unserer Streusackerl-Experimente unterstützen die allgemeine Meinung nicht, dass Kahlschläge die Streuzersetzung erhöhen. Feinwurzeln und frische August-Blätter zersetzten sich zu gleichen Raten schnell, gefolgt von der herbstlichen Blattstreu und, letztendlich, den Grobwurzeln.