4.2.2.5 Säure- und Stickstoffbelastungen von Waldböden

Waldböden unterliegen seit Jahrhunderten der menschlichen Beeinflussung. Spätestens mit der deutschen Besiedlung im 12. und 13. Jahrhundert setzte die Rodung der Wälder Mecklenburg-Vorpommerns ein und erreichte um 1730 ihren Höhepunkt. Aus Wäldern wurden Äcker und Wiesen, deren Nährstoffvorräte insbesondere auf den sandigen Böden rasch aufgebraucht waren. In der Folgezeit überließ man unwirtschaftliche Flächen der Waldsukzession oder forstete sie ab dem 18. Jahrhundert planmäßig auf.

Auch verbliebene Waldflächen wurden landwirtschaftlich genutzt. Waldweide und Streunutzung wurden endgültig erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts eingestellt. Die Folge historischer landwirtschaftlicher Nutzungen auf heutigen Waldflächen waren Humusabbau, Nährstoffentzug und Bodenversauerung.

Mit der Industrialisierung beeinflussten Stoffeinträge aus der Atmosphäre die Waldböden. Die Landwirtschaft entwickelte sich zu einem bedeutenden Emittenten von Stickstoffverbindungen. Stoffeinträge aus der Atmosphäre führen in bestimmten Grenzen zu Düngeeffekten; bei Überschreitung des Speicher- und Puffervermögens der Waldökosysteme können aber auch nachhaltige Belastungen der Bodenfruchtbarkeit und der Umwelt auftreten.

 

Die Forstverwaltung überwacht den Bodenzustand auf den BDF-F und zwei Intensivmessflächen des europaweiten Level-II-Netzes. Nachstehend wird am Beispiel der Braunerden, die den höchsten Flächenanteil aller Bodentypen innerhalb der Waldfläche einnehmen (41 %), der Zustand und die Entwicklung des Säure-/Basen- und Stickstoffhaushaltes im Zeitraum 1986 bis 2000 auf Grundlage aktueller, für das Land Mecklenburg-Vorpommern repräsentativer Daten der BDF-F dargestellt.

 

In Wäldern werden Nährstoffverluste nicht durch zielgerichtete Zufuhr von Dünge- und Puffersubstanzen ausgeglichen. Auf an- und semihydromorphen Waldstandorten mit periglazialer Oberfläche ist die (natürliche) Basenverarmung und Bodenversauerung daher weit fortgeschritten. Die Abbildungen 20 und 21 zeigen den Tiefenverlauf des pH(H2O)-Wertes und der Basensättigung von Braunerden im Jahre 1986. Die mittlere waagerechte Linie innerhalb der grauen Box stellt den Median dar. Die untere und obere Begrenzung der Box kennzeichnen das erste und dritte Quartil. Die waagerechten Linien ober- und unterhalb der Box stehen für die Merkmalsbreite (Maximal- und Minimalwert); Kreise und Sternchen bezeichnen Extremwerte und Ausreißer.

 

Abbildung 20: pH-Werte (H2O) von Braunerden der BDF-F im Jahre 1986

 

Braunerden weisen einen ausgeprägten Tiefengradienten des pH(H2O)-Wertes von der Mineralbodenoberfläche in Richtung Untergrund auf. Der Median steigt von pH 3,8 an der Mineralbodenoberfläche bis pH 7,7 im kalkführenden Untergrund. Die niedrigsten pH-Werte treten in der Humusdecke und den obersten Zentimetern des Mineralbodens auf (Median pH 3,8). Im ABv-Horizont nehmen die pH-Werte bereits deutlich zu; 50 % aller Braunerden befinden sich aber immer noch im kritisch anzusehenden Aluminium- oder Eisen-Pufferbereich (pH <4,2). Im Verbraunungshorizont (Bv) sinkt der Anteil der Braunerden im Aluminium- oder Eisen-Pufferbereich auf 19 % ab, hier dominiert bereits der günstigere Austauscher-Pufferbereich (pH 4,2-5,0). Der weitere pH-Wert-Verlauf ist abhängig vom Verlauf der Kalkobergrenze im Profil. Tritt Kalk auf, steigen die pH-Werte in Richtung Untergrund mit einem steilen Gradienten weiter an. Tritt kein Kalk im Profil auf, nimmt der pH-Wert langsam zu.

Eine gerichtete pH-Wert-Veränderung wurde in den letzten 14 Jahren auf keiner Untersuchungsfläche registriert. Die pH-Werte der Wiederholungsbeprobung streuen in engen Grenzen um die Werte der Erstbeprobung.

 

Der Input zeigte im selben Zeitraum eine andere Entwicklung, die jedoch noch nicht im Boden nachweisbar ist. Im Zeitraum von 1985 bis 1989 wurden im Freilandniederschlag mittlere pH-Werte von 4,1 und 4,7 gemessen. 1996 bis 1998 liegt der entsprechende Wert auf der Level-II-Fläche Torgelow bei 5,7. Die früher im Kronendurchlass ermittelten Werte betrugen 4,2, während der heutige pH-Wert 5,3 beträgt. Insgesamt ist also die heutige Säurebelastung durch das Niederschlagswasser gegenüber früheren Jahren stark zurückgegangen.

 

Abbildung 21: Basensättigung von Braunerden der BDF-F im Jahre 1986

Die Basensättigung charakterisiert die Belegung der Austauscher des Bodens (Tonminerale, Humus u.a.) mit Neutralkationen (Ca, Mg, K, Na), ausgedrückt in Prozent. Eine hohe Basensättigung ist Ausdruck einer günstigen Nährstoffversorgung und Kennzeichen für eine hohe pH-Wert-Pufferfähigkeit.

Die Basensättigung lässt einen dem pH-Wert vergleichbaren Tiefengradienten erkennen. Sie bewegt sich in der Humusdecke und in den oberen mineralischen Bodenlagen (ABv, Bv) im Bereich sehr geringer Sättigung (5-15 %) und steigt in Richtung Untergrund auf karbonatfreien Böden bis in den Bereich mittlerer (30-50 %), auf karbonathaltigen Böden bis in den Bereich sehr hoher Basensättigung (>85 %) an.

 

Ausdruck für den aktuellen Stickstoffstatus der Waldböden ist der auf Gesamt-Kohlenstoff bezogene Stickstoffgehalt der Humusdecke (N % von C). Dieser kann dem Stickstoffstatus unter natürlicher Vegetation gegenüber gestellt werden. Der Vergleich gestattet Rückschlüsse auf die Stickstoffsättigung der Waldböden.

Tabelle 91 stellt das Ausmaß de Stickstoffsättigung von Braunerden im Jahre 2000 auf den BDF-F dar. Eine Null in der Zeile N-Degradierung-/Aggradierungsstufe weist darauf hin, dass der aktuelle Stickstoffhaushalt, den Stickstoffstatus unter natürlicher Vegetation erreicht hat. Ein Minus zeigt an, dass ein solcher Zustand noch nicht eingetreten ist, und Plus bezeichnet einen Zustand, der durch Stickstoffüberschuss gekennzeichnet ist.

 

Tabelle 91: Aktueller Stickstoffstatus der Braunerden im Jahre 2000 im Vergleich zum Stickstoffstatus unter natürlicher Vegetation

Humusform unter natürlicher Vegetation

Mullartiger Moder (MM)

Moder
(Mo)

Rohhumusartiger Moder (RM)

N % von C in der Humusdecke

7,0 - 5,4

5,6 - 4,2

22,7 - 31,2

aktuelle Humusform

MM

Mo

RM

Mo

RM

Mo

RM

N-Degradierungs-/Aggradierungsstufe

0

-1

-2

0

-1

+1

0

Verteilung in Prozent

7

64

29

47

53

50

50

Quelle: LFG

 

Die Stickstoffsättigung nimmt von den natürlich stickstoffreicheren in Richtung stickstoff­ärmerer Braunerden beträchtlich zu. Von Natur aus stickstoffreichere Braunerden waren im Jahre 2000 bedingt durch anhaltenden Kiefernanbau verbreitet noch stickstoffdegradiert. Die Kiefer verhindert eine vollständige Regeneration des Stickstoffhaushaltes; aus der Atmosphäre eingetragener Stickstoff wird teilweise in den Untergrund der Böden ausgetragen. Natürlich stickstoffärmere Braunerden mittlerer und ziemlich armer Trophie. Diese haben inzwischen die aus historischen Landnutzungen stammenden Stickstoffverluste weitgehend ausgeglichen und ihren natürlichen Stickstoffstatus erreicht, bzw. auch überschritten; eine beginnende Stickstoffsättigung ist unübersehbar. Auf den stickstoffärmeren Böden besteht akute Gefahr von Stickstoffaustrag durch Übersättigung.

 

Einen Überblick über die Bodenzustandsentwicklung ausgewählter Kennwerte des Bodenzustandes auf den BDF-F im Zeitraum 1986-2000 gibt Tabelle 92. Signifikante Veränderungen sind für den pH (H2O) feststellbar. Dieser hat sich, vermutlich im Kontext mit der Abnahme der Säureeinträge seit 1990, um 0,1 pH-Wert-Einheiten erhöht. Auch die Stickstoffgehalte der Humusdecke sind im Beobachtungszeitraum um 0,2 mg/100g Boden signifikant angestiegen. Dieser Betrag entspricht einer jährlichen Stickstoffakkumulation im Boden von 26 kg/ha. Alle anderen Bodenkennwerte haben sich seit 1986 kaum verändert und die Mittelwertdifferenzen sind als zufällig anzusehen.

 

Tabelle 92: Bodenzustandsveränderungen auf den BDF-F in M-V im Zeitraum 1986-2000

 

Mittelwert

Mittelwert-differenz

Signifikanz

Bemerkung

1986

2000

Stichprobenumfang

450

446

 

pH (H2O)

4,5

4,6

-0,1

a >0,05

alle Lagen

pH (KCl)

4,0

4,0

0,0

a <0,05

alle Lagen

Basensättigung

23,1

22,2

0,9

a <0,05

alle Lagen

Stichprobenumfang

58

60

 

N % von C

1,0

1,2

-0,2

a >0,05

Humusauflage

Quelle: LFG

 

Auch die abnehmenden Stickstoffgehalte der Kiefernnadeln geben einen Hinweis, dass die in den 80er und Anfang der 90er Jahre noch rasant verlaufende Stickstoffeutrophierung der Waldböden an Dynamik verloren hat (Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Fischerei des Landes M-V 2001b).

Bundesweit verweisen die Ergebnisse der BZE-Auswertung auf eine Versauerung und Basenverarmung der Oberböden sowie gebietsweise auch auf eine Stickstoffanreicherung im Humus. Die zu beobachtenden engen C/N-Verhältnisse bei gleichzeitig niedrigen pH-Werten sind Indizien für die Beeinflussung durch Säure- und Stickstoffeinträge.