Veränderungen der C-Vorräte im Boden bei forstlicher Nutzung · Das Ziel eines Boden-C-Waldmanagements muss sein: (1) C-Freisetzungen aus dem Boden durch die Bewirtschaftung oder

1Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena2Thüringer Landesanstalt für Wald, Jagd und Fischerei, Gotha

3Friedrich-Schiller-Universität, Jena

Martina Mund1, Ingolf Profft2, Marion Schrumpf1, Ingo Schöning3, Jana Wäldchen1

Veränderungen der C-Vorräteim Boden bei forstlicher Nutzung

Makroklima

Bestandesklima

Einflussfaktoren

Streu-fall W

urzel-

streu

CO2 Erosion

DOC

Boden-C-Vorrat

Makroklima

Bestandesklima

Einflussfaktoren

Streu-fall W

urzel-

streu

CO2 Erosion

DOC

Boden-C-VorratChemische, physikalische &

biologische Stabilisierung(Ton, pH, Wasser, Nährstoffe)

Makroklima

Bestandesklima

Einflussfaktoren

Streu-fall W

urzel-

streu

CO2 Erosion

DOC

Boden-C-VorratChemische, physikalische &

biologische Stabilisierung(Ton, pH, Wasser, Nährstoffe)

Forstliche Bewirtschaftung

Chemische und physikalische Stabilisierung

Biologische Stabilisierung

BIOSPHERE

PEDOSPHERE

ATMOSPHERE

C

CC

CC

OC

C

CC

CC

OC

C

CC

CC

OC

primary biomass(litter)

secondary biomass(microorganisms)

degradation

degradation

C

SOMDOC

degradation

C

C

CO2

Schulze et al., 2002

Ton [g kg-1]

0 100 200 300 400 500 600

Cor

g [g

kg-1

]

0

20

40

60

80

100

AK FichteAK BuchePlenterwaldNaturwald

Stabilisierung durch Ton-Humus-Komplexe

Schrumpf, unveröffentlicht

Einfluss von Bodeneigenschaften überlagert Bewirtschaftungseffekt

Predicted values

10 20 30 40 50 60 70 80

Residuals

-40

-20

0

20

40

2*SD

mean

2*SD

Residual water [%]

0 1 2 3 4 5 6 7

Clay [%]

0

20

40

60

80

Residual water [%]

0 1 2 3 4 5 6 7

Clay [%]

0

20

40

60

80

Forest Cropland Pasture

y=9.3x+10.0

r2=0.56y=8.0x+10.6

r2=0.70

Wäldchen, in prep. 2009

Tongehalt läßt sich über Wassergehaltsdifferenz zwischen getrocknetemBoden bei 40°C und 100°C abschätzen

Wirth et al. 2003

Thüringen

Mineralboden-C-Vorräte und Höhenlage

Podsolige Braunerde unter Fichte, Wetzstein, Thüringen

(Foto: Schrumpf)

Braunerde-Terra fusca unter Buche (Es, Ah), Langula, Thüringen

(Foto: Mund)

Organische Auflage

Org. Auflage:nur chem. Stabilisierung

Mineralboden:chem. + phys.Stabilisierung

Organische Auflage

Org. Auflage:nur chem. Stabilisierung

Mineralboden:chem. + phys.Stabilisierung

* Sensitiver gegenüber Baumartenwahl undallen biotischen & abiotischen Veränderungen

* Sehr hohe zeitliche und räumliche Variabilität

C-Vorräte der Wälder Thüringens

95 ± 30 t C ha-1

69 ± 26 t C ha-1

C-Vorräte im Mineralboden

28 ± 10 t C ha-1

192 ± 10 t C ha-1

C-Vorräte in der organischen Auflage

Gesamt-C-Vorräte ohne Totholz und BodenvegetationC-Vorräte in der Dendromasse

Wirth et al. 2003

Dendro-masse

49%

Mineral-boden

36%

organ. Auflage

15%

Einfluss der Forstwirtschaft

Forstliche Maßnahme Org. Auflage MineralbodenAufforstung Naturwald in Plantage Kahlschlag Stammholz-/ Ganzbaumernte

Bodenbearbeitung Feuermanagement Düngung Kalkung Durchforstung

Betriebs-/ Verjüngungs-formen (ohne Kahlschlag)

Nadelwald in Laubwald Drainage

(Mund & Schulze 2005, Mund 2004, Jandl et al 2007, Schrumpf pers. comm., Schöning pers. comm., Wäldchen pers. comm.)



Bodenbearbeitung (Feuermanagement) (Düngung) Kalkung Durchforstung




++ + / -







++ + / --- - / 0


Umwandlung Primärwald in Plantage

Guo & Gifford, 2002

Re

vie

w







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)


KahlschlagE

rlä

ute

run

g kontinuierliche Anlieferung von Streu wird unterbrochen

höhere Lichtintensität und höhere Temperatur an der Bodenoberfläche führen zu höherer Bodenaktivität

es findet vermehrter Streuabbau statt, d.h. der C-Vorrat des Bodens nimmt ab, humos gebundene Nährelemente und Stickstoff werden freigesetzt (Nährelementverluste)







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -

l

Johnson & Curtis, 2001

Baumernte und C-Vorräte im A-HorizontR

evi

ew








++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -

Bestandesstabilität & Produktivität

Kalkung

Die Kompensationskalkung dient dazu, eine Verschlechterung des Zustands der Waldökosysteme zu verhindern

Erl

äu

teru

ng


Verbesserung der Magnesium- und Calciumversorgung der Waldökosysteme

Verbesserung des chemischen Milieus für Wurzeln und Boden-lebewesen und dadurch Anregung der biologischen Aktivität

Veränderung des pH-Wertes in der Of-Lage 1999 - 2002

2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

1 Cra

2 Cra

3 Cra

4 Cra

5 Cra

6 Cra

7 Cra

8 Bre

9 Bre

10 Bre

11 Bre

12 Bre

13 Bre

Fläc

he

pH (H2O)-Wert

Nullf läche

Nullf läche

Verbesserung Verschlechterung

alte Kalkungsfläche

Nullf läche / alte Kalkungsfläche







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -

0+ / -

Bestandesstabilität & Produktivität







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -

0+ / -+ / - + / 0

Boden-C-Vorräte (0-15 cm)„bereinigt“ um den Einfluss von Tongehalt und C/N-Verhältnis

Faktor "Bestand": P = 0.358

Schirmschlagbetrieb

0 30 60 90 120 150 180

Bod

en-C

-Vor

räte

0-15

(tC

ha-1

)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Bestandesalter (Jahre)

Plenterwald NP Hainich

I II III I II III

Mun

d 20

04

Fa

llstu

die

Ha

inic

h-D

ün



"kor

rigie

rte"

Bode

n-C

- Vor

räte

0-15

(tC h

a-1)

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

Schirmschlag."Mühlhausen"

Plenterwald"Langula"

"Hainich NP"

Schirmschlag."Leinefelde"

40.31a

(± 4.66)

43.22a

(± 1.94) 41.68a

(± 6.62)

47.90a

(± 2.95)

Mittel der bewirtschafteten

Wälder: 41.7

„Ber

eini

gte“

Mittlere Boden-C-Vorräte (Oberboden 0-15 cm)F

alls

tud

ie H

ain

ich

-Dü

n

Mun

d 20

04

Shelter

Jährlicher Blattstreufall, Buchenwald

Mund 2004

Fallstudie: Hainich-Dün

I II III I II III

Stre

ufal

l (t C

ha-1

Jah

r- 1)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Bestandesalter (Jahre)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Stre

ufal

l (t C

ha-1

Jah

r- 1)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

PlenterwaldNP Hainich

Schirmschlagbetriebe

T

Räumung

Verjüngungshieb







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -

0+ / -+ / - + / 0

+ / - / 0- / +

Menge aber pH, biol. Aktivität, Bestandesstabilität

BZ

E II

–A

usw

ert

un

g C

-Vo

rrä

te

Hu

mu

s n

ac

h B

au

ma

rte

n


TLWJF, unveröff.

2,88

3,25

1,00

1,50

3,50

2,00

1,00

3,00

1,50

1,25

3,00

1,13

1,75

3,38

0,88

2,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

Auf

lage

mäc

htig

keit

(cm

)

Fichte Kiefer Lärche Buche Eiche SHL

Hauptbaumart

Oh Of L

C-Vorräte t/ha

32,80

39,33

21,20

18,74

6,953,86

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

Oh Of L

Buche Eiche Fichte Kiefer SHL

Rohhumus

Moder

Mull







++ + / --- - / 0-- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / --- - / (+ kurzzeitig)

+ / - + / -+ / - + / -- / + + / -

0+ / -+ / - + / 0

+ / - / 0- / +--

BIOME-BGC Modellierung, Wirth et al., 2003

+N, +CO2, +TAlters-

klassen-effekt

Management

Beiträge verschiedener Einflussfaktoren

zur Änderung der Holzbiomasse

im Thüringer Landeswald

1993 – 2000

Fallstudie: Thüringen - Einflussfaktoren

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Pole Wood Young Timber

Old Timber Selection forest

Unmanaged forest

n=12 n=12n=22

n=16 n=16

a aa

a a

Bereinigte Boden-C-Vorräte (Bodentiefe: 7 cm, Tongehalt: 30%)

Kg m-2

Age class forest

Data: Erik Grüneberg, Ingo Schöning, Wolfgang W. Weisser, E.-D. SchulzeGraphic: Ingo Schöning (Excel)


Mittlere Boden-C-Vorräte bei unterschiedlicher Waldnutzung

Jahr Streueintrag Rhet(Labor) Boden-C-Bilanz

(g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1)

2002 426 437 -11

2003 427 395 32

2004 473 395 78

2005 453 443 10

2006 483 417 66

Mittel 452 417 35

Kutsch et al. subm. Biogeochem.

Fallstudie: NP Hainich, unbewirtschaftet

Boden-C-Akkumulations-Rate I

JahrStreu-eintrag

Rhet

(Model)Boden-C-

Bilanz

(g C m-2 a-1) (g C m-2 a-1) (g C m-2 y-1)

2000 401 432 -31

2001 411 408 3

2002 426 430 -4

2003 427 385 42

2004 473 437 36

2005 453 474 -21

2006 483 454 29

2007 451 497 -46

Mittel 439 440 1 (16)*

*(2002-2006)


Boden-C-Akkumulations-Rate II

Schrumpf, in prep.

OC Konzentration [g kg-1]

0 20 40 60

Bod

en T

iefe

[cm

]

0

10

20

30

40

50

60

Lagerungsdichte [g m-3]

0.0 0.5 1.0 1.5p < 0.05p < 0.05

p < 0.01

p < 0.05

p < 0.05

n.s.

n.s.

Kumulativer OC Vorrat [kg m-2]

0 2 4 6 8 10 12

Bod

en G

ewic

ht [k

g m

-2]

0

100

200

300

400

500

60020092004

0.361 p < 0.1ca. 70 g m-2 y-1

Wiederholte Bodeninventur im Hainich 2004 und 2009


Mund (2004)(chronosequences/differences in C-stocks)

0 - 70 gC m-2 a-1

Kutsch et al. (2009) (C-fluxes)

1 - 35 gC m-2 a-1

Schrumpf (2009) (changes in C-stocks)

bis zu 70 gC m-2 a-1

Fallstudie: Hainich-Dün Region

C-Bilanzen aus CarboEurope

Schulze et al. 2008

Boden C Senke

Boden C Quelle

Boden C Senke

Das Ziel eines Boden-C-Waldmanagements muss sein:

(1) C-Freisetzungen aus dem Boden durch die Bewirtschaftung oder durch andere Störungen (z.B. Sturm) zu minimieren und

(2) den C-Eintrag über die Streu kontinuierlich möglichst hoch zu halten.

Dies gelingt durch:

standortsgerechte Baumartenstabile Bestandesstrukturen mit nachhaltig hohen Biomasse-vorräten (und hochwertigen, langlebigen Holzprodukten)nur kleinräumigen und kurzzeitigen Auflichtungen des Kronendaches durch die StammnutzungVerzicht auf Bodenbearbeitung und Ganzbaumernte

Schlussfolgerungen

Vielen Dank !

Weitere Informationen unter:

Martina Mund [[email protected]]

Marion Schrumpf [[email protected]]

Ingolf Profft [[email protected]]

oder im Internet unter:

www.waldundklima.net

Wäldchen, pers. comm.

C-Vorräte in Böden 60-200 Jahre nach der Umwandlung von Mittelwald in Hochwald


Baumarteneffekte

B E B E B E

50

40

30

20

10

Buche Eiche Linde Ahorn Esche

Mühlhausen Hainich Sollstedt B = Buche E = Edellaubholz

18Vesterdal et al. (2008)eigene Messungen

16

14

12

100

C/N-Verhältnis in der organischen Auflage und Mineralboden 0-4 cm

Schöning et al. 2009

Baumarteneffekte

C-Vorräte im Mineralboden 0-4 cm [kg m-2]FEDith vs. total soil C.png

B E B E B E

Mühlhausen Hainich Sollstedt

3,0

2,0

1,0

FeDCB [g kg-1]

EdellaubholzMühlhausen

BucheMühlhausen

70

60

50

40

30

8 10 12 14 16


Baumarteneffekte

FEDith vs. total soil C.png

B E B E B E

Mühlhausen Hainich Sollstedt

3,0

2,0

1,0

FeDCB [g kg-1]

EdellaubholzMühlhausen

BucheMühlhausen

70

60

50

40

30

8 10 12 14 16

C Konzentration in g kg‐1 vs. FeDCB


Mittlere Boden-C-Vorräte bei unterschiedlicher Waldnutzung

Standorte

"kor

rigie

rte"

Bode

n-C

- Vor

räte

0-15

(tC h

a-1)

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

Schirmschlag."Mühlhausen"

Plenterwald"Langula"

"Hainich NP"

Schirmschlag."Leinefelde"

40.31a

(± 4.66)

43.22a

(± 1.94) 41.68a

(± 6.62)

47.90a

(± 2.95)

Mittel der bewirtschafteten

Wälder: 41.7

„Ber

eini

gte“

Oberboden 0-15 cm

Mund 2004


Veränderungen der C-Vorräte im Boden bei forstlicher Nutzung · Das Ziel eines Boden-C-Waldmanagements muss sein: (1) C-Freisetzungen aus dem Boden durch die Bewirtschaftung oder

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