Bodenzustandserhebung BZE




Bodenzustandserhebung BZE


Die Bundesweite Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) ist ein Gemeinschaftsvorhaben von Bund und Ländern und Bestandteil des forstlichen Umweltmonitoring. Sie untersucht auf der Grundlage eines flächenrepräsentativen Stichprobennetzes den Zustand und die Veränderungen von Waldböden. Die Notwendigkeit zur Durchführung der BZE begründet sich aus den im Rahmen der Klimarahmenkonvention eingegangenen Verpflichtungen (Erstellung von Treibhausgasinventar und Berichterstellung nach dem Kyotoprotokoll) sowie aus dem Bundes-Bodenschutzgesetz (1998) und aufgrund internationaler Verpflichtungen wie der pan-europäischen Ministerkonferenz zum Schutz der Wälder.

Bei der BZE kommen länderübergreifend harmonisierte Methoden zum Einsatz, welche in der Arbeitsanleitung zur Durchführung der BZE (BMELF 2006) und im Handbuch der Forstlichen Analytik (GAFA 2006) im Detail erläutert werden. Die fachliche Betreuung der Waldbodeninventur erfolgt durch eine Bund-Länder-Arbeitsgruppe unter der Federführung des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.

In Brandenburg und Berlin erfolgte die erste Bodenzustandserhebung (BZE-1) in den Jahren 1991/92 auf dem 8x8 km-Grundraster der Waldzustandserhebung. Die Geländeerhebungen und die Bodenprobenentnahme der Wiederholungsinventur (BZE-2) wurden im Jahr 2006 durchgeführt. Die Stichprobe von Berlin und Brandenburg umfasst insgesamt 159 Erhebungspunkte. Für den Vergleich zwischen BZE-1 und BZE-2 kommen 131 Erhebungspunkte mit gemeinsam auswertbaren Datensätzen in Betracht, da Punkte teilweise weggefallen oder verlegt worden sind. Darüber hinaus wurde im Jahr 2009 eine Bodenzustandserhebung auf 156 brandenburgischen Flächen der Bundeswaldinventur durchgeführt (BZE-2a). Nach Abschluss aller Laborarbeiten (voraussichtlich bis Ende 2012) werden Waldbodendaten von insgesamt 315 systematisch über die Waldfläche verteilten Stichprobepunkten für verschiedenste Auswertungen zur Verfügung stehen.

Umfängliche bodenchemische und –physikalische Untersuchungen am gewonnenen Probenmaterial dienen dem Informationsgewinn zu folgenden Hauptthemenfeldern:

  • Bodenversauerung
  • Stickstoffsättigung
  • Kohlenstoffspeicherung
  • Schadstoffbelastung
  • Wasserhaushalt unter veränderten Klimabedingungen


Neben den umweltspezifischen Gesichtspunkten steht der Boden als natürliche Produktionsgrundlage der Forstwirtschaft im Mittelpunkt. Die Interpretation der gewonnenen Primärdaten erfolgt anhand eines für das Land Brandenburg ausgearbeiteten Indikatorsystems. Langfristig wird mit der Durchführung der BZE eine verlässliche Datengrundlage zur Beantwortung forstökologischer Fragestellungen geschaffen. Diese können den regionalen Forstbehörden, Waldbesitzern und Forstbetrieben als Entscheidungshilfe beispielsweise für waldbauliche Planungen zur Sicherung der Waldbodenfunktionen und Stabilisierung der Waldökosysteme dienen.

Die Koordination und die Auswertung der BZE-2 und BZE-2a in Brandenburg obliegen dem Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde (Inventurleiter: Prof. Dr. W. Riek). Hervorzuheben ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit und Arbeitsteilung zwischen den zahlreichen an der praktischen Durchführung der BZE beteiligten Partnereinrichtungen. Erste Ergebnisse der statistischen Auswertungen von BZE-2-Daten zu Detailfragen wurden seit 2008 kontinuierlich publiziert und in Fachgremien diskutiert (vgl. Literaturliste). Themenübergreifend ist zudem ein umfassender und die beiden Inventuren BZE-2 und BZE-2a einschließender Bericht im Rahmen der Schriftenreihe des Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde vorgesehen.

Zeitgleich mit der BZE-2 wurden im Rahmen der pan-europäischen Programme „BioSoil“ und „BioDiversity“ an jedem vierten Erhebungspunkt (sog. Level I-Stichprobe im 16x16 km Raster) ergänzende Untersuchungen durchgeführt. Die Aufnahmen an diesen Punkten zu Boden, Vegetation und Totholz wurden im Rahmen einer EU-Verordnung kofinanziert. Die EU-weite Berichterstattung zum Bodenzustand ermöglicht eine überregionale Einordnung der regionalen und lokalen Befunde.


  • Besondere Bedeutung der BZE-2 in Brandenburg
  • BZE-Ergebnisse zum Säure-Basen-Zustand
  • Ernährungsstatus der Bäume
  • Veränderung der Kohlenstoffvorräte in Waldböden
  • Neue Ergebnisse zur Stickstoffbelastung
  • Erstes Fazit (Stand 07/2012)

Besondere Bedeutung der BZE-2 in Brandenburg

Eine zentrale Zielsetzung der BZE-Wiederholungsinventur (BZE-2) ist die Erlangung von Informationen zum Bodenzustandswandel in Brandenburg. Ob und in welchem Maße sich die Waldböden hinsichtlich ihres Säure-Basen- und Stickstoffzustandes verändert haben, ist gerade für den Wald in Brandenburg hochbedeutend, da die Dynamik des Oberbodenzustandes in erheblichem Maße von den atmosphärischen Stoffeinträgen abhängt und sich diese seit Anfang der 1990er Jahre - d.h. seit Durchführung der ersten bundesweiten Bodenzustandserhebung (BZE-1) - drastisch verändert haben (vgl. Tab.1).



Tab.1: Atmosphärische Stoffeintragsmengen zurzeit von BZE-1 und BZE-2 im Vergleich

Element Zeitraum vor der BZE-11 Zeitraum vor der BZE-22
Nord-Brandenburg Süd-Brandenburg Nord-Brandenburg Süd-Brandenburg
Schwefel [kg/ha,a] 27,2 63,0 4,7 5,3
Stickstoff [kg/ha,a] 13,5 12,6 7,3 8,6
Calcium [kg/ha,a] 23,8 50,9 4,5 4,9

1 nach Depositionsmessungen 1986-1989 von SIMON & WESTENDORF (1991)

2 nach Messungen auf den Level II-Dauerbeobachtungsflächen 1996-2004



Bis zu Beginn der 1990er Jahre zählte insbesondere das südliche Brandenburg zu den am stärksten immissionsbelasteten Gebieten Mitteleuropas. Neben der fast flächendeckenden Stickstoffdeposition überlagerten sich regional in verschiedenen Intensitäten Einträge saurer Schwefelverbindungen mit pufferwirksamen basischen Staubeinträgen aus Flugaschen der Braunkohleindustrie. Die eingetragenen basischen Nährelemente Calcium, Magnesium und Kalium wirkten sich förderlich auf die Pufferfähigkeit und Bodenfruchtbarkeit v.a. der altpleistozänen Standorte im Süden Brandenburgs aus. Aufgrund dieser großflächigen Baseneinträge war der Grad der Bodenversauerung zur Zeit der BZE-1 deutlich geringer als an vielen Mittelgebirgsstandorten Westdeutschlands. Die Aufbasung der Standorte durch Staubeinträge war einer der Gründe für den Verzicht auf flächenhafte Kompensationskalkungen zur Säurepufferung in Brandenburgs Wäldern, wie sie in anderen Bundesländern während der 1990er Jahre in großem Umfang durchgeführt worden sind.

Mit dem Beitritt zur Bundesrepublik reduzierte sich die atmosphärische Stoffdeposition durch Anlagenstillegungen, Einführung der Rauchgasentschwefelung und den Einsatz emissionsärmerer Energieträger. Besonders hervorzuheben ist der Wegfall der Staubeinträge, der dazu führte, dass die relative Bedeutung der Säuredeposition für die Ausbildung des Säure-Basenzustands der Oberböden wuchs. Anhand von Stoffbilanzen der Dauerbeobachtungsflächen des Forstlichen Umweltmonitoring zeigt sich, dass die Basenvorräte der ehemals durch Staubeinträge aus Flugaschen aufgebasten Standorte mittlerweile nahezu erschöpft sind. Vor diesem Hintergrund soll anhand der nun vorliegenden Ergebnisse der zweiten Bodenzustandserhebung im Wald überprüft werden, ob diese Einzelbefunde von Fallstudien flächenrepräsentativ sind bzw. für welche Boden- und Standortseinheiten sie zutreffen.

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BZE-Ergebnisse zum Säure-Basen-Zustand

Die Befunde der BZE-2 sind Beleg für eine hohe Dynamik der Waldbodeneigenschaften. Signifikant ist die Verarmung vieler Waldstandorte an Nährelementen wie Calcium und Magnesium im Zeitraum zwischen BZE-1 und BZE-2. Vielfach ist bei Magnesiumkonzentrationen im Mineralboden nahe und unterhalb der laboranalytischen Nachweisgrenze von einer Mangelsituation auszugehen, auch wenn sich bei den aufstockenden Beständen – durch pflanzenphysiologische Puffermechanismen bedingt – nicht immer entsprechende Mangelsymptome in der Baumernährung nachweisen lassen.

Bei der Auswertung der Bodenzustandsdaten hinsichtlich des Säure-Basen-Zustandes wurde zwischen vier verschiedenen Hauptbodentypen differenziert (Tab.2). In Abb.1 sind die Tiefengradienten der Basensättigung als Mittelwerte dieser Bodentypen dargestellt. Die Basensättigung gilt als Indikator für die Elastizität der Böden gegenüber Säurebelastung bzw. für die Möglichkeit der Standorte, diese Säurebelastung ohne negative ökologische Konsequenzen zu puffern. Es zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Bodentypen. Ausreichend Pufferkapazität ist bei den schwach podsoligen Braunerden und Lessivés vorhanden. Hier liegen die Basensättigungen im Oberboden im mittleren und im Unterboden sogar im mäßig hohen Wertebereich. Sehr ungünstig stellen sich hingegen die Verhältnisse bei stark podsoligen Braunerden und Podsolen dar. Bis mindestens 150 cm Tiefe ist bei diesen Böden kein nennenswerter Anstieg der durchgängig als gering einzustufenden Basensättigungsgrade zu verzeichnen. Infolge der Entbasung muss auf diesen Standorten von einer beeinträchtigten Säurepufferfunktion der Böden ausgegangen werden.



Tab.2: Hauptbodentypen für die stratifizierte Auswertung der BZE-Daten (nur grundwasserferne Standorte)

Kürzel Hauptbodentypen Häufigkeit [%] Nährkraft
L Parabraunerden, Fahlerden (=Lessivés) 14 sehr hoch bis mittel
BBp2 schwach podsolige Braunerden 37 hoch bis mittel
BBp3 mäßig podsolige Braunerden 26 mittel bis gering
BBp4,PP stark podsolige Braunerden sowie Podsole und Übergangstypen 23 gering bis sehr gering



Mittelwerte der Basensättigung

Abb.1: Mittelwerte der Basensättigung (%) differenziert nach Haupt-Bodentypen (vgl. Tab.2) als Funktion der Bodentiefe


Bei den nährstoffarmen Standorten mit Podsol und stark podsoliger Braunerde ist der weitaus größte Teil der Nährelementvorräte im humosen Oberboden und der Humusauflage gespeichert. Die „nachschaffende Kraft“ des mineralischen Untergrundes spielt hier für die Pflanzenversorgung eine gegenüber dem sogenannten „kleinen Stoffkreislauf“ nur untergeordnete Rolle. Dieses zeigt sich besonders drastisch am Beispiel des Nährelementes Magnesium, für das die pflanzenverfügbaren Elementkonzentrationen im Untergrund aktuell häufig unterhalb der laboranalytischen Nachweisgrenze liegen (Abb.2). Der Vergleich mit den BZE-1-Daten zeigt überdies, dass sich die Mg-Konzentrationen insbesondere auf diesen Standorten seit der Ersterhebung 1992 deutlich verringert haben. Allerdings ist fraglich, ob sich die Tendenz der Basenverarmung zukünftig so drastisch fortsetzen wird oder ob sich auf diesen Standorten bereits ein Gleichgewichtszustand auf sehr niedrigem Niveau eingestellt hat.



Magnesiumgehalte als Funktion der Tiefe

Abb.2: Magnesiumgehalte als Funktion der Tiefe für die Haupt-Bodentypen schwach podsolige Braunerden (BBp2) und stark podsolige Braunerden bis Podsole (BBp4,PP) im Vergleich BZE-1 und BZE-2


Bodenprofil eines Podsols

Abb.3: Bodenprofil eines Podsols auf einem nährstoffarmen BZE-Standort unter Kiefernbestockung


Durch die im Rahmen der BZE gewonnene Datenbasis können nun praxisrelevante Problemstellungen wissenschaftlich fundiert diskutiert werden. Im Vordergrund stehen hier unter anderem die Fragen nach Notwendigkeit, Ausmaß und räumlicher Verteilung von waldbaulichen Maßnahmen wie Waldumbau, Kalkung zur Kompensation von Säureeinträgen, Düngung usw., die unter den Aspekten des Bodenschutzes und der Verwirklichung des Nachhaltigkeitsgedankens bei der forstwirtschaftlichen Nutzung zu beurteilen sind.

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Ernährungsstatus der Bäume

An allen BZE-Punkten erfolgten ergänzend Nadel- und Blattprobennahmen der Hauptbaumarten für die Kennzeichnung des Ernährungszustandes der Bestände. Im Zusammenhang mit den zwischen BZE-1 und BZE-2 zu konstatierenden Basenverlusten stellte sich die Frage, ob damit eine entsprechende Verschlechterung der Nährstoffversorgung der Bäume einhergeht. Ein Vergleich der Ernährungsdaten kann ausschließlich für die Baumart Kiefer an 35 Stichprobenpunkten erfolgen, da bei der BZE-1 nur für diese Punkte Ernährungsdaten erhoben worden sind.

In den Baumernährungsdaten spiegelt sich die Ca- und Mg-Verarmung nur teilweise wider. Insbesondere die Mg-Gehalte des zweiten Nadeljahrgangs der Kiefer haben deutlich abgenommen und befinden sich nunmehr überwiegend im Bereich „sehr geringer“ Werte (Abb. 4). Aufgrund von pflanzenphysiologischen Puffermechanismen (Mobilisierung von Nährstoffen aus älteren und Einlagerung in die jüngeren physiologisch aktivsten Nadeln) erscheint der zweite Nadeljahrgang als der sensiblere für die Indikation von potenziellen Mangelsituationen. Die Ernährung mit Calcium hat sich indes nicht verschlechtert; es ist sogar eine leichte Zunahme der Ca-Gehalte festzustellen. Die K-Gehalte sind bei BZE-1 und BZE-2 nahezu identisch.



Mg-Gehalte im ersten und zweiten Nadeljahrgang

Abb. 4: Mg-Gehalte im ersten und zweiten Nadeljahrgang von Kiefer im Vergleich BZE-1 und BZE-2
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Veränderung der Kohlenstoffvorräte in Waldböden

Im Zeitraum zwischen BZE-1 und BZE-2 hat sich die Humusqualität der untersuchten Standorte signifikant verändert. Die organische Bodensubstanz ist kohlenstoffreicher geworden und die im Boden gespeicherten Kohlenstoffvorräte haben insgesamt um mehr als 1 t pro ha und Jahr zugenommen. Die N-Vorräte blieben nahezu konstant (Abb. 5). Die C/N-Verhältnisse sind somit aktuell weiter als zur Zeit der BZE-1. In der Humusauflage treten aktuell ausschließlich mäßig weite (C/N 20-25) bis sehr weite C/N-Verhältnisse (C/N > 35) auf.



C-Mengen in Humusauflage und Mineralboden im Vergleich BZE-1 und BZE-2 N-Mengen in Humusauflage und Mineralboden im Vergleich BZE-1 und BZE-2

Abb. 5: C- und N-Mengen in Humusauflage und Mineralboden im Vergleich BZE-1 und BZE-2


Die unerwartet hohe Kohlenstoffakkumulation lässt sich nicht durch methodische Unterschiede der beiden Erhebungen erklären. Die Verfahren für die C- und N-Bestimmung unterscheiden sich zwar (BZE-1: nasschemisch, BZE-2: elementaranalytisch), doch zeigen die im Rahmen der Qualitätskontrolle durchgeführten Parallelanalysen an über 400 Proben keine systematischen Differenzen. Verfahrensunterschiede bei der Entnahme der Bodenproben (einschließlich der Ermittlung der Feinbodenmenge) kommen ebenfalls kaum als Erklärungsursache für die hohe C-Zunahme in Betracht.

Hingegen könnte es sich bei den Ursachen um ein Faktorenbündel handeln, in dessen Mittelpunkt Wald(um)bau, Klimawandel und der bei der BZE-2 konstatierte Anstieg der Bodensäure stehen. Das mögliche Zusammenwirken dieser Faktoren ist im Diagramm der Abb. 6 dargestellt. Darin sind die hohen C-Zunahmen eine Folge von erhöhten Biomasseeinträgen bei gleichzeitig verringerter Mineralisation der organischen Bodensubstanz. Die Zusammenhänge lassen sich im Einzelnen wie folgt erläutern:

Zur Zeit der BZE-1 waren die Kohlenstoffvorräte in Brandenburg im bundesweiten Vergleich der Länder noch auf niedrigstem Niveau. Dieses erklärt sich u. a. durch die vorausgegangene intensive Nutzung (z.B. durch Streuentnahme, Kiefernmonokultur- und Kahlschlagwirtschaft). Die mit der Etablierung der Bestände verbundene Humusakkumulation, die zunehmend humusschonendere Bewirtschaftung der Bestände sowie der Unterbau mit Laubholzarten führten zu einer Entspannung der über Jahrzehnte bestehenden Humusmangelsituation. Vor diesem Hintergrund erhalten die spezifischen Klimabedingungen Brandenburgs und deren Veränderung im Zuge des globalen Klimawandels eine besondere Relevanz. Mit einem Jahresniederschlag von deutlich unter 600 mm gehört Brandenburg aktuell zu den trockensten Regionen Deutschlands. Im Zeitraum zwischen BZE-1 und BZE-2 waren verstärkt extreme frühsommerliche Trockenperioden zu verzeichnen. So nahm die kumulative klimatische Wasserbilanz der Monate April - Juni in den jeweils 10-jährigen Perioden vor der BZE-1 bzw. BZE-2 brandenburgweit um 78 mm ab. Die anfallende erhöhte Biomasse vor allem in unterbauten Kiefernbeständen in Verbindung mit häufigerer frühsommerlichen Trockenheit stellt eine brandenburgspezifische Erklärungsmöglichkeit für die Kohlenstoffzunahmen dar. Trockenphasen zu Beginn der Vegetationsperiode führen zur Austrocknung der Oberböden. Diese werden aufgrund ihrer stark hydrophoben Eigenschaften in den Folgemonaten kaum wieder befeuchtet. Nach sommerlichen Niederschlägen wird das Sickerwasser aufgrund der Benetzungshemmung der ausgetrockneten humosen Bodenbereiche durch bevorzugte Leitbahnen schnell abgeführt. Der für die Mineralisation wichtige Wechsel von Trocken- und Feuchtphasen wird dadurch seltener wirksam.

Durch Wassermangel und zusätzlich durch Bodensäure eingeschränkter mikrobieller Humusabbau hat nach diesem Erklärungsansatz zu einer Veränderung der Humusqualität geführt. Ob die C-Zunahme weiter voranschreitet oder sich nunmehr ein neuer Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wird die nächste Bodenzustandsinventur zeigen.



Ursache-Wirkungs-Beziehungen Kohlenstoffakkumulation

Abb. 6: Mögliche Ursache-Wirkungs-Beziehungen, die aktuell in erhöhtem Maße zur Kohlenstoffakkumulation in den brandenburgischen Waldböden führen.


Unter dem Aspekt des Klimaschutzes ist die Bindung und Anreicherung hoher Kohlenstoffmengen im Boden positiv zu bewerten. Die brandenburgischen Waldböden stellen derzeit eine Kohlenstoffsenke dar und tragen somit zur Reduktion des Treibhausgases CO2 aus der Luft bei.

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Neue Ergebnisse zur Stickstoffbelastung

Der über Jahrzehnte andauernde atmosphärische Stickstoffeintrag aus Landwirtschaft, Verkehr und Industrie hat zur Folge, dass sich die Stickstoffaufnahmefähigkeit der Waldökosysteme zunehmend reduziert. In der Waldschadensforschung wurde in diesem Zusammenhang der Begriff der „Stickstoffsättigung“ geprägt. Hinweise auf „Stickstoffsättigung“ bestehen, wenn die eingetragenen Stickstoffmengen und die Netto-N-Mineralisation weder in Mehrzuwachs noch im Humus gespeichert werden können und verstärkt Nitratauswaschung erfolgt. Der Stickstoffbelastung wurde neben der Bodenversauerung und Basenverarmung eine maßgebliche Rolle im Ursachenkomplex „neuartiger Waldschäden“ beigemessen.

Im Rahmen der BZE-2 erfolgte erstmals die direkte Analyse der Nitratkonzentration im Untergrund der Inventurflächen, um gegenüber der BZE-1 zu verlässlicheren Aussagen zur Nitratverlagerung zu gelangen. Unter Einbeziehung eines Wasserhaushaltsmodells lassen sich aus diesen Messwerten Nitrataustragsmengen berechnen.

Die erfassten Nitratkonzentrationen und –austräge sind Beleg für eine Stickstoffbelastung der brandenburgischen Waldökosysteme von regional unterschiedlichem Ausmaß. Nitratgehalte unterhalb des Wurzelraumes von weniger als 2,5 mg/l, wie sie typisch sind für unbeeinflusste, natürliche Waldstandorte, treten nur auf einer Minderheit der Standorte auf (14 % der Stichprobe). Der Schwerpunkt der Nitratkonzentration befindet sich mit einem Flächenanteil von 56 % im Bereich von 2,5-10 mg/l. Bei 11 % der Inventurbestände liegt eine Überschreitung des ehemaligen EU-Richtwertes für Trinkwasser (25 mg/l) vor; bei 4 % wird der Grenzwert der Trinkwasserverordnung (50 mg/l) überschritten.

Auf statistischem Wege wurde mit Hilfe einer Risikoanalyse eine Schätzfunktion ermittelt, um die Nitratverlagerungsgefahr anhand von Bodenmerkmalen, die auch für die BZE-1 vorliegen, zu bestimmen. Die Risikogruppe wurde hierbei durch Stickstoffausträge > 4 kg/ha,a sowie Nitratkonzentrationen im Untergrund > 10 mg/l definiert.

Auf der Grundlage dieser Schätzfunktion wurden die Risikowerte, d.h. Eintrittswahrscheinlichkeiten für „Stickstoffsättigung“ bzw. erhöhte Nitratverlagerung, von BZE-1 und BZE-2 vergleichend gegenübergestellt. Das Ergebnis dieses Vergleichs zeigt Abb.7. Es wird deutlich, dass das Risiko der Nitratauswaschung zwischen den beiden Inventuren erheblich abgenommen hat. Die ausgewerteten BZE-Punkte (ausschließlich grundwasserferne Standorte) waren mithin zu Zeiten der BZE-1 noch wesentlich stärker stickstoffbelastet als heute.

Dieser Befund entspricht dem Rückgang der atmosphärischen N-Einträge, sollte aber nicht die gegenwärtige Stickstoffsituation in den Waldökosystemen verharmlosen. Die unverändert hohen durchschnittlichen Stickstoffvorräte im Boden sowie größtenteils hohe und sehr hohe N-Nadelspiegelwerte der Kiefer machen deutlich, dass immer noch vielerorts die Gefahr von Ernährungsdisharmonien durch ein Stickstoffüberangebot besteht. Der dargestellte Vergleich zwischen BZE-1 und BZE-2 zeigt aber, dass die extreme N-Belastung der 1980er Jahre, die eine destabilisierende und in letzter Konsequenz bis zum Absterben von Beständen reichende Wirkung in den Brandenburgischen Kiefernforsten nach sich zog, in dieser drastischen Form heute tatsächlich nicht mehr gegeben ist.



Stickstoffsättigung BZE-1 Stickstoffsättigung BZE-2

Abb.7: Häufigkeitsverteilungen der Risikowerte für erhöhte Nitratverlagerung als Indikator für „Stickstoffsättigung“ zum Zeitpunkt der BZE-1 und BZE-2


Hervorzuheben sind regionale Muster bei den aktuellen BZE-Daten, die auf einen Einfluss von landwirtschaftlich genutzten Flächen in der Umgebung des BZE-Punktes auf die Kennwerte zum Stickstoffzustand hinweisen. So besteht ein signifikanter Zusammenhang zwischen einem aus Kennwerten des N-Status (NO3-Konzentration der Bodenlösung, N-Gehalte der Nadeln von Kiefern, C/N-Verhältnis in Humusauflage und Mineralboden sowie Humusform) abgeleiteten Indexwert und dem landwirtschaftlich genutzten Flächenanteil in einem Umkreis von 1000 m um den BZE-Punkt. Eine entsprechende Auswertung auf der Grundlage von Landnutzungs- und BZE-Daten erfolgte gemeinsam für die Länder Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern und machte deutlich, dass atmogene N-Einträge aus benachbarten landwirtschaftlich genutzten Flächen vielerorts den Stickstoffstatus der Waldbestände maßgeblich beeinflussen.

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Nährstoffbilanzen und Nachhaltigkeit der Nutzung

Die bei der zweiten bundesweiten Bodenzustandserhebung im Wald an 159 brandenburgischen Erhebungspunkten durchgeführten bodenchemischen Analysen erlauben flächenrepräsentative Aussagen zum aktuellen Stand der Bodenversauerung und zu den pflanzenverfügbaren Nährstoffvorräten. Auch machen diese Daten vielfältige Prognosen zur stofflichen Nachhaltigkeit der forstlichen Nutzung möglich, sofern sie mit Messergebnissen von Intensivbeobachtungsflächen (Level II-Programm) in Modellen rechnerisch verknüpft werden.

Zielgröße bei der Einschätzung der stofflichen Nachhaltigkeit ist die Nährstoffbilanz, die sich aus dem Nährstoffeintrag und dem Nährstoffaustrag pro Zeiteinheit ergibt. Stoffeinträge erfolgen durch die Verwitterung des Ausgangsgesteins (die „nachschaffende Kraft“ des Standorts) und durch atmosphärische Einträge als Stäube und mit dem Niederschlag (trockene bzw. nasse Deposition). Austragsseitig schlagen die Nährstoffverluste mit dem Bodensickerwasser und die je nach Intensität der forstlichen Nutzung unterschiedlich ausfallenden Ernteentzüge zu Buche (Abb. 8).



Nährstoffbilanz

Abb. 8: Schematische Darstellung der Eintrags- und Austragsgrößen;
Nährstoffbilanz = (I. + II.) – (III. + IV) (B = „basische“ Kationen Ca++, Mg++, K+)



Sind die Bilanzen aus Nährstoffeintrag und –austrag negativ, kommt es nach und nach zum Aufbrauch der im Waldboden verfügbaren Nährstoffreserven. Die Böden versauern und die Bodenfruchtbarkeit sinkt. Umso schlechter ein Boden gepuffert ist, das heißt, umso weniger an Bodenkolloide (Humus, Tonminerale) austauschbar gebundene Nährstoffkationen er enthält (Abb. 8), desto kürzer ist der Zeitraum bis zur theoretisch vollständigen Entbasung des Bodens. Allerdings ist davon auszugehen, dass dieser Punkt nie wirklich erreicht wird, da sich mit abnehmenden Ressourcen auch der Sickerwasseraustrag verringert und die Wuchsleistung des aufstockenden Bestandes sinkt. Letzteres führt dazu, dass auch die in der Biomasse festgelegte Nährelementrate so lange abnimmt bis sich ein neues Fließgleichgewicht zwischen Nährstoffverfügbarkeit und Nährstoffaufnahme auf niedrigerem Niveau eingestellt hat. Was dem Praktiker vor Ort eine Selbstverständlichkeit ist – die Qualität des Standorts spiegelt sich immer in der Wuchsleistung wider – findet hierin seine Erklärung.

In Abb.9 sind die verfügbaren Elementmengen aus Deposition und Verwitterung abzüglich der Elementauswaschung mit dem Sickerwasser als Jahresmittelwerte aller BZE-Punkte dargestellt.

Diesen ermittelten Werten wurden die durchschnittlichen jährlichen Ernteentzüge bei unterschiedlicher forstlicher Nutzung gegenüber gestellt. Hierbei wurden mit zunehmender Intensität die folgenden drei Nutzungsvarianten unterschieden:

Nutzungsvariante 1 (geringe Nutzungsintensität):

Ausschließliche Nutzung des entrindeten Schaftholzes; Holznutzung ab 15 m Bestandeshöhe; teilweiser Verzicht auf Nutzung von Bäumen im Endbestand (5 Bäume/ha).


Nutzungsvariante 2 (mittlere Nutzungsintensität):

Nutzung des Schaftholzes mit Rinde; Holznutzung ab 12 m Bestandeshöhe.


Nutzungsvariante 3 (hohe Nutzungsintensität):

Nutzung des gesamten Ast- und Schaftholzes (einschließlich der Zweige) mit Rinde; Export aller nach Ertragstafel vorgesehenen Nutzungen.




Modellierte Deposition

Abb.9: Modellierte Deposition, Verwitterung und Sickerwasserauswaschung der Elemente K, Ca und Mg als Mittelwerte der BZE-Punkte


Die Auswertung der BZE-2-Daten ergab, dass insbesondere für die Hauptnährstoffe Magnesium und Calcium je nach Standortsbedingung und szenarisch unterstellter Nutzungsintensität negative Bilanzen auftreten können. Bei den ebenfalls untersuchten Elementen Kalium und Stickstoff sind gegenwärtig keine Engpässe zu erwarten. Um die stoffliche Nachhaltigkeit für jeden einzelnen BZE-Punkt differenziert einschätzen zu können, wurde zunächst geprüft, ob die jeweiligen Bilanzen der Elemente Calcium und Magnesium positiv sind. In einem weiteren Schritt wurde für den Fall einer negativen Bilanz ermittelt, ob diese langfristig (Zieljahr: 2100) durch den aktuell im Waldboden verfügbaren Nährstoffvorrat ausgeglichen werden kann. Somit wurde zwischen drei verschiedenen Kategorien der Nachhaltigkeit wie folgt unterschieden (Abb.10):

Nachhaltigkeitsgruppe I (grün, Abb. 10):

positive Bilanz für alle Nährelemente; stoffliche Nachhaltigkeit für die jeweilige Nutzungsvariante über das Jahr 2100 hinaus gesichert.


Nachhaltigkeitsgruppe II (gelb, Abb. 10):

negative Bilanz bei mindestens einem Nährelement; Nährstoffversorgung zu Lasten der im Waldboden verfügbaren Nährstoffreserve dennoch bis mindestens zum Jahr 2100 gesichert; stoffliche Nachhaltigkeit der Nutzung kritisch.


Nachhaltigkeitsgruppe III (rot, Abb. 10):

negative Bilanz bei mindestens einem Nährelement; Nährstoffversorgung aus der im Waldboden gespeicherten Reserve nicht bis zum Jahr 2100 möglich; stoffliche Nachhaltigkeit der Nutzung definitiv nicht gegeben.



Die Einordnung der BZE-Punkte in die genannten Nachhaltigkeitsgruppen in Abhängigkeit von der Nutzungsvariante geht aus Abb.3 hervor. Die Darstellung zeigt, dass die stoffliche Nachhaltigkeit selbst bei geringer Nutzungsintensität an einigen BZE-Punkten nicht gewährleistet ist. Dieses betrifft 11 % aller BZE-Punkte. Es handelt sich hierbei um besonders schlecht mit Magnesium ausgestattete Standorte und / oder Standorte mit stark negativer Mg-Bilanz. Letzteres kann in hohen Wuchsleistungen (Einbindung großer Mg-Mengen in die Biomasse) oder auch in erhöhten Mg-Austrägen mit dem Sickerwasser begründet sein. Auf den betroffenen Standorten ist langfristig zu erwarten, dass sich die Bodenfruchtbarkeit verschlechtert und die derzeitigen (teilweise noch hohen) Wuchsleistungen dauerhaft abnehmen.

Mit steigender Nutzungsintensität erhöht sich deutlich der Anteil der Punkte, für welche diese Art der Nutzung als nicht nachhaltig eingeschätzt wird. Bei Vollbaumnutzung (Nutzungsvariante 3) ist dieses bei 43 % der BZE-Punkte der Fall; für weitere 21 % wird die stoffliche Nachhaltigkeit bei dieser Nutzungsintensität als kritisch eingeschätzt (Abb. 10). Hierin kommt die bekannte Tatsache zum Ausdruck, dass insbesondere diejenigen Komponenten, die bei der Ganzbaumnutzung zusätzlich entnommen werden (Zweige, Reisig, Nadeln) hohe Nährstoffgehalte aufweisen. Andererseits ergibt sich aus der vorgestellten Datenanalyse auch, dass starke Nutzungsintensitäten auf mehr als einem Drittel der Waldfläche möglich sind, ohne dass es zur Übernutzung der Standorte kommt. Dieses betrifft vor allem Standorte mit vergleichsweise nährstoffreichen Böden, für die höhere Verwitterungsraten unterstellt werden können. Bei der Ableitung maximal vertretbarer Nutzungen auf den gut mit Nährstoffen ausgestatteten Böden ist zwingend zu beachten, dass extreme Nutzungen auch diese Standorte beeinträchtigen. Beispielsweise wirken sich zu starke Nutzungen nachteilig auf den Humuszustand und infolge dessen auch nachteilig auf Bodengefüge, Austausch- und Wasserspeicherkapazität aus, sodass auch auf diesen Böden immer ein gewisser Anteil der Biomasse auf der Fläche verbleiben sollte.

Das Ziel weiterer Auswertungen im Rahmen des forstlichen Umweltmonitoring wird es sein, die von bestimmten Nutzungsvarianten auszuschließenden Standorte auf der Grundlage von einfach zu erhebenden oder aus vorhandenen Flächendaten ableitbaren Indikatoren zu identifizieren. Im Rahmen des am Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde aktuell betriebenen Vorhabens „Dynamische Regionalisierung“ wird langfristig ein flächenbezogenes Wasser- und Nährstoffmanagement angestrebt, durch das sich waldbauliche Entscheidungen unter der Prämisse einer nachhaltigen Waldnutzung verstärkt auf ökosystemare Stoffbilanzen sowie Szenarien zur Wasserverfügbarkeit unter veränderten Klimabedingungen werden stützen können.



Nachhaltigkeitsgruppen

Abb. 10: Anteile der BZE-Punkte in den Nachhaltigkeitsgruppen bei unterschiedlichen Nutzungsvarianten (grün = Gruppe I, gelb = Gruppe II, rot = Gruppe III)


Datenbasis und Methodik der Nährstoffbilanzen

Die Einzelkomponenten der Stoffbilanzierung wurden auf der Grundlage von Befunden der brandenburgischen Intensivmessflächen des Level II-Programms wie folgt für die Punkte der BZE geschätzt:

Deposition: Grundlage bilden die mittleren Ca- bzw. Mg- Depositionen an den Level II-Flächen im Zeitraum 1997-2009; Berücksichtigung von Kronenraumprozessen (leaching) durch Korrekturfaktor; regionale Anpassung an die BZE-Punkte aufgrund der mittleren Jahresniederschläge (diese aus DWD-Stationsdaten für alle BZE-Punkte interpoliert)

Verwitterung: aus Modellierungen für exemplarische Sand- und Lehmböden (Modell Profile) gewonnene Verwitterungsraten aus der Literatur; Verwendung von Bodentransferfunktionen zur Übertragung auf die gesamte BZE-Stichprobe; Interpolation zwischen minimal und maximal zu erwartenden Verwitterungsraten anhand des austauschbaren Vorrates basischer Kationen im Unterboden (30-90cm Tiefe) und deren jeweiligem Anteil an der Kationenaustauschkapazität.

Auswaschung mit dem Sickerwasser: Bodentransferfunktionen unter Verwendung der Beziehungen zwischen Bodenfestphasen- und Bodenlösungskonzentrationen (abgeleitet aus Messdaten von Level II-Flächen); Berechung der durchschnittlichen jährlichen Austragsrate durch Multiplikation der Lösungskonzentration mit Sickerwasserraten, die mit einem Wasserhaushaltsmodell für alle BZE-Punkte berechnet wurden.

Ernteentzug: Ermittlung von Höhe, Durchmesser und Stammzahl des zu erntenden Bestandes anhand der aktuellen Bonität mittels einschlägiger Ertragstafeln für 5-jährige Durchforstungsintervalle; Regressionsgleichungen zur Abschätzung von Elementgehalten in einzelnen Baumkompartimenten aus Höhe und Durchmesser; Ableitung von durchschnittlichen jährlichen Stoffentzügen bezogen auf einen „unendlichen Nutzungszeitraum“.

Der Bilanzierungsansatz geht vereinfachend davon aus, dass die einzelnen Komponenten (insbesondere auch die Deposition) bis zum Zieljahr (Jahr 2100) konstant bleiben werden.

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Erstes Fazit (Stand 07/2012)

Die bislang ausgewerteten Daten der BZE-2 zeichnen ein Bild des aktuellen Zustands der brandenburgischen Waldböden und deren Wandel seit Durchführung der BZE-1 in den Jahren 1991/92. Anhand der demnächst zusätzlich verfügbaren Bodendaten aus der BZE-2a (Bodenzustandserhebung auf den brandenburgischen Flächen der Bundeswaldinventur) sollen die vorliegenden Befunde validiert und durch weitere Auswertungen zu verschiedenen Themenbereichen ergänzt werden. Bisherige Analysen des Datenmaterials der BZE-2 beziehen sich vor allem auf den Säure-Basen- und Kohlenstoff-Stickstoffzustand sowie deren Veränderung seit Durchführung der BZE-1. Die Ergebnisse verdeutlichen die hohe Dynamik des aktuellen Bodenzustandswandels.

Zwischen BZE-1 und BZE-2 erfolgte eine Basenverarmung der brandenburgischen Waldböden. Betroffen sind die Nährelemente Calcium und Magnesium. Dieses ist vor dem Hintergrund der hohen basischen Staubeinträge aus Flugaschen der Braunkohleverbrennung in den 1970er und 1980er Jahren zu sehen, von denen insbesondere die von Natur aus armen altpleistozänen Sandstandorte im Süden Brandenburgs betroffen waren. Nach der Reduktion dieser Einträge kam es bis heute offensichtlich flächendeckend zum Aufbrauch bzw. zur Auswaschung der eingetragenen Basen. So ist insbesondere Magnesium auf den von Natur aus nährstoffarmen Standorten zum potenziellen Mangelelement geworden. Ob sich auf dem Niveau der derzeit vorliegenden Basensättigungen neue Gleichgewichtszustände einstellen oder die Sättigungsgrade noch weiter abnehmen werden, wird sich erst bei zukünftigen Bodeninventuren zeigen.

Zur Einbindung von tiefer liegenden nährstoffreicheren Bodenschichten in den Stoffkreislauf sollte im Rahmen des Waldumbauprogramms die Einbringung geeigneter Baumarten weiter unterstützt werden. Der Waldumbau verbessert auf den Standorten mit kräftigem Untergrund nachweislich die Nährstoffverfügbarkeit im Hauptwurzelraum („Basenpumpe“) und auf silikatarmen Böden die Ernährung über den „kleinen Stoffkreislauf“. Dieser gewinnt auf der Mehrzahl der Standorte zunehmend an Bedeutung für die Nährstoffversorgung der Bestände. Die Humusakkumulation im Mineralboden wird durch Waldumbau gefördert (höhere Wurzelbiomasse), wobei die u.a. trockenheitsbedingte Hemmung der Mineralisation zu C-reicherer organischer Substanz führt. Positiv wirkt sich die Akkumulation von Mineralbodenhumus auf das Nährstoffpotenzial der Standorte aus, da sie die Kationenaustauschkapazität und damit das Speichervermögen für basische Kationen im Hauptwurzelraum erhöht.

Die BZE-2 zeigt, dass im Vergleich zu den Vorräten im Mineralboden sehr hohe Elementmengen (v.a. an Magnesium) in der Humusauflage gebunden sind. Es erscheint besonders wichtig, diesen labilen Nährstoffpool vor zu rascher Freisetzung und Auswaschung zu sichern und langsam einer nachhaltigen Nutzung durch den Baumbestand zuzuführen. Vor diesem Hintergrund sind kahlschlagartige Erntemaßnahmen auf den betroffenen Standorten zu vermeiden. Der mit diesen Maßnahmen i.A. einhergehende rasche Abbau von Auflagehumus würde bei entsprechenden (u.a. witterungsabhängigen) Nährelementaustragsraten das Standortspotenzial nachhaltig beeinträchtigen und die forstlichen Nutzungsmöglichkeiten erheblich einschränken.

Vor dem Hintergrund steigender Bodensäure und Basenverarmung ist die Frage der standortsspezifischen Bodenschutzkalkung zu diskutieren. Die Durchführung von Kalkungs- / Düngungsmaßnahmen erscheint an ausgewählten Standorten sinnvoll, muss aber unter den gegebenen Standortsbedingungen lokal bezüglich Wirksamkeit und Risikopotenzial gründlich abgewogen werden. Als mögliche negative Nebeneffekte der Kalkung sind Humusabbau, Erhöhung von Nitratausträgen, Verflachung des Wurzelsystems und damit erhöhtes Trockenstress- und Sturmwurfrisiko sowie Veränderung des Artenspektrums zu nennen. Positiv wirkt sich nach den derzeitigen Erkenntnissen die kalkungsbedingte Verbesserung der Humusqualität, Bodenstruktur und Nährstoffverfügbarkeit auf die Baumvitalität und Bestandesproduktivität aus. Welche Kriterien und Orientierungswerte bei der Entscheidungsfindung für die Kalkungswürdigkeit von Waldstandorten in Brandenburg herangezogen werden müssen, ist im Zuge der weiteren BZE-2- und BZE-2a-Auswertung noch zu erarbeiten. Grundsätzlich gilt es, die natürliche standörtliche Heterogenität zu wahren und nicht die durch die Substrate vorgegebenen Unterschiede im Säurestatus auszugleichen. Die veränderten Stoffeintragsraten seit den 1980er Jahren führten regional zur Abnahme des Basenvorrates der Böden. Viele künstlich aufgebaste Standorte sind dadurch wieder auf ihre natürliche, durch das nährstoffarme Ausgangsgestein bedingte Nährstoffausstattung reduziert worden. Insbesondere auf diesen natürlicherweise sauren Standorten werden Kalkungsmaßnahmen nicht empfohlen.

In Verbindung mit höheren Nutzungsansprüchen wird der Einsatz von Stoffhaushaltsbetrachtungen für die nachhaltige Nutzung der Standorte notwendig. Hierfür bieten die BZE-Daten in Verbindung mit Ergebnissen von Dauerbeobachtungsflächen des Level II-Messnetzes eine wichtige Grundlage. Grundsätzlich sollten auch bei intensiver Holznutzung die Nährstoffbilanzen langfristig ausgeglichen sein. Vor jedem Einsatz der Vollbaumernte sollte daher eine individuelle Standortsanalyse durchgeführt und geprüft werden, ob die Standortsnachhaltigkeit gesichert ist. Auf allen nährstoffarmen Standorten sollten entsprechend angepasste Nutzungsstrategien (z.B. Nutzung von Derbholz ggf. ohne Rinde) abgeleitet werden. Grundsätzlich ist dafür Sorge zu tragen, dass ein angemessener Anteil der Biomasse als Nährstoffpool und Humusbildner stets dem Wald erhalten bleibt. Intensive, über das traditionelle Maß hinausgehende Nutzungen sollten stets von den Forstverwaltungen dokumentiert werden. Auf Monitoring-Flächen unterschiedlicher Nutzungsintensitäten sollte die Veränderung des Nährstoffhaushalts exemplarisch beobachtet werden. Die Fortführung und ggf. Intensivierung des boden- und ernährungskundlichen Monitoring ist hierfür unbedingt zu empfehlen.

Die an BZE-Inventurpunkten ermittelten Nitratkonzentrationen sind Beleg für eine Stickstoffbelastung der brandenburgischen Waldökosysteme von regional unterschiedlichem Ausmaß. Nitratgehalte unterhalb des Wurzelraumes von weniger als 2,5 mg/l, wie sie typisch wären für unbeeinflusste, natürliche Waldstandorte, treten nur auf einer Minderheit der Standorte auf (14 % der BZE-Stichprobe). Gleichwohl hat das Risiko für erhöhte Nitratauswaschung seit Durchführung der BZE-1 stark abgenommen, was sich mit dem Rückgang der atmogenen Stickstoffeinträge seit den 1990er Jahren deckt. Von großer Bedeutung für die Beobachtung und Überwachung der zukünftigen Stickstoffdynamik ist der fortgesetzte, regelmäßige und zeitnahe Einsatz von Stoffhaushaltsmodellen zur Berechnung von Stickstoffbilanzen auf der Datengrundlage der Level II-Standorte des Forstlichen Umweltmonitorings.

Die weiteren Analysen der BZE-Daten sollten sich schwerpunktmäßig den folgenden Fragenkomplexen widmen:

  • Bedeutung des Bodenzustands für die Waldernährung, das Waldwachstum und die Vitalität der Bestände
  • Risiken, die sich aus Bodenbelastungen für die Grund- und Quellwasserqualität ergeben
  • Klärung des Beitrags der Waldböden zur Kohlenstoffspeicherung
  • Dynamik von Bodenveränderungen unter dem Einfluss der Klimaentwicklung
  • Auswirkungen von Wasserhaushalt und Klima auf die Baumvitalität
  • Wirkungen von waldbaulichen Maßnahmen auf die Bodenfruchtbarkeit und die Stabilisierung der Waldökosysteme.

Insbesondere in Verbindung mit der Auswertung der BZE-2a (Bodenzustandserhebung auf den brandenburgischen Flächen der Bundeswaldinventur) und dem LFE-Projekt „Dynamische Regionalisierung“ wird langfristig ein flächenbezogenes Wasser- und Nährstoffmanagement angestrebt, durch das sich waldbauliche Entscheidungen unter der Prämisse einer nachhaltigen Waldnutzung zukünftig verstärkt auf ökosystemare Stoffbilanzen sowie Szenarien zur Wasserverfügbarkeit unter veränderten Klimabedingungen werden stützen können.

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