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Dr. Heike Puhlmann

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Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA)
Abt.-Leiterin Boden und Umwelt

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79100 Freiburg im Breisgau

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Fax: +49 (0)761 / 4018 - 333

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Artikel

Autor(en): Till Hallas, Heike Puhlmann, Gerald Kändler, Peter Hartmann
Redaktion: FVA, Deutschland
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Was der Boden über unsere Wälder erzählt

Auswertung bodenkundlicher Schlüsselgrößen an BWI-Stichprobenpunkten in Baden-Württemberg

Im Rahmen der dritten Bundeswaldinventur (BWI³) in Baden-Württemberg wurden erstmals bodenkundliche Schlüsselgrößen an BWI-Stichprobenpunkten erhoben, auf deren Basis standortsgenau Beziehungen zwischen dem Bodenzustand und Bestandesdaten erkannt und ausgewertet werden können. Der dadurch deutlich erweiterte Informationspool ist eine fundierte Grundlage für die Regionalisierung wichtiger Bodenmerkmale.

Die Bestockung beeinflusst den Bodenzustand
Abb. 1: Die Bestockung beeinflusst den Bodenzustand.

Inhalt

Bei der Bundeswaldinventur werden nach einem standardisierten, stichprobenbasierten Verfahren die großräumigen Waldverhältnisse und forstlichen Produktionsmöglichkeiten Deutschlands erfasst (mehr dazu im Web). Im Zuge der BWI³ wurden in Baden-Württemberg erstmals auch bodenkundliche Schlüsselgrößen an BWI-Stichprobenpunkten erhoben (s. Beitrag). Durch das feinmaschigere Raster der BWI-Aufnahmen von 2 x 2 km im Vergleich zum 8 x 8 km-Raster der Bodenzustandserhebung (BZE) konnten Bodeninformationen um ein Vielfaches verdichtet werden. In Abb. 2 ist anhand der dokumentierten Humusformen der große Rasterweitenunterschied zwischen den beiden Messnetzen deutlich zu erkennen.

Zum Vergrößern anklicken.
Verteilung der Humusformen in Baden-Württemberg: Das BWI- und BZE-Messnetz im Vergleich (Wuchsgebiete: 1) Oberrheinisches Tiefland, 2) Odenwald, 3) Schwarzwald, 4) Neckarland, 5) Baar-Wutach, 6) Schwäbische Alb, 7) Südwestdeutsches Alpenvorland).
Abb. 2: Verteilung der Humusformen in Baden-Württemberg: Das BWI- und BZE-Messnetz im Vergleich (Wuchsgebiete: 1) Oberrheinisches Tiefland, 2) Odenwald, 3) Schwarzwald, 4) Neckarland, 5) Baar-Wutach, 6) Schwäbische Alb, 7) Südwestdeutsches Alpenvorland).

So basiert das BZE-Messnetz in Baden-Württemberg auf rund 300 Stichprobenpunkten, während im Zuge der BWI³ mit ungefähr 4200 die 14-fache Anzahl beprobt wurde. Demnach wird die Datengrundlage über unsere Waldböden durch die erweiterte BWI-Aufnahme deutlich verbessert und eine methodische, modellgestützte Vernetzung beider Monitoringsysteme ermöglicht. Dadurch können kleinräumige Unterschiede bei vergleichbarer Datengüte wesentlich besser abgebildet und Zusammenhänge zwischen unseren Waldböden und den darauf wachsenden Beständen hergestellt werden.

Erhebung bodenkundlicher Schlüsselgrößen

Um den Aufwand in Grenzen zu halten, wurden die bodenkundlichen Aufnahmen nur an einer der bis zu vier möglichen Traktecken eines BWI³-Traktes durch Anlage eines in Abb. 3 dargestellten Kleinprofils durchgeführt.

Schematische Darstellung der im Rahmen der BWI³ in Baden-Württemberg am Kleinprofil erhobenen bodenkundlichen Schlüsselgrößen.
Abb. 3: Schematische Darstellung der im Rahmen der BWI³ in Baden-Württemberg am Kleinprofil erhobenen bodenkundlichen Schlüsselgrößen.

An diesem wurden mittels Profilansprache Merkmale der Humusauflage und von drei Mineralbodentiefenstufen erhoben. Zudem wurden an den entnommenen Bodenproben wichtige Bodenparameter gemessen. Die aus der Profilansprache und den Laboranalysen gewonnenen bodenkundlichen Schlüsselgrößen konnten standortsgenau in direkten Bezug zu den simultan erhobenen BWI3-Bestandesdaten gesetzt werden. Im Rahmen der Auswertung wurde für jeden BWI³-Aufnahmepunkt die Bestockungsklasse und die Baumartengruppe über die Flächenanteile klassifiziert. Ab einem Flächenanteil einer Baumart von ≥ 70 % wurde dem BWI-Aufnahmepunkt die Baumartengruppe ebenjener Baumart zugewiesen (andere Laubhölzer hoher Lebensdauer (ALH), andere Laubhölzer niedriger Lebensdauer (ALN), Eiche (EI), Buche (BU), Fichte (FI), Tanne (TA), Kiefer (KI), Douglasie (DGL) oder Lärche (LAE)). Sofern keine Baumart einen Flächenanteil ≥ 70 % aufwies, wurde ein Mischbestand (Mix) ausgewiesen. Betrug ferner der aufsummierte Flächenanteil aller Laubbaum- bzw. Nadelbaumarten ≥ 70 %, wurde der Bestand der Bestockungsklasse "Laub" bzw. "Nadel" zugeordnet. War diese Bedingung nicht erfüllt, wurde auch hier "Mix" ausgewiesen.

Zur Veranschaulichung des umfangreichen Analysepotentials des so gewonnenen Datens(ch)atzes werden im Folgendem ausgewählte Beziehungen zwischen Boden- und Bestandesinformationen exemplarisch vorgestellt. Zusätzlich werden die höherauflösenden Auswertungsmöglichkeiten veranschaulicht, die durch eine gegenüber der BZE deutlich erhöhte Stichprobenanzahl möglich wird.

Einfluss der Bestockung auf den Bodenzustand

Auftretenshäufigkeit von Humusformen an BWI-Probenpunkten, gegliedert nach den Bestockungsklassen Laub, Mix und Nadel (MM: Mullartiger Moder, RM: Rohhumusartiger Moder).
Abb. 4: Auftretenshäufigkeit von Humusformen an BWI-Probenpunkten, gegliedert nach den Bestockungsklassen Laub, Mix und Nadel (MM: Mullartiger Moder, RM: Rohhumusartiger Moder).
Humusformen

Der Einfluss der Bestockungsklassen auf die Humusauflage wurde anhand der Auftretenshäufigkeit der Humusformen unter Laub-, Misch- und Nadelbaumbeständen untersucht. In Abb. 4 ist deutlich zu erkennen, dass die Humusform Mull unter Laubbaum- und Mischbeständen deutlich überrepräsentiert ist, während sie unter Nadelbaumbeständen in wesentlich geringerem Umfang vorkommt.

Die Flächenanzahl nimmt bei Laubbaumbeständen von Mull hin zu Rohhumus kontinuierlich ab und liegt ab Mullartiger Moder stets unter der von Nadelbaumbeständen. Bei Nadelbaumbeständen steigt hingegen die Flächenanzahl hin zu Moder zunächst sogar leicht an und fällt danach auf eine mittlere Flächenanzahl ab. Laub- und Nadelbaumbestände unterscheiden sich statistisch abgesichert in der Auftretenshäufigkeit der Humusformen Mull, Moder, Rohhumusartiger Moder und Rohhumus voneinander. Die Humusform steht demnach in unmittelbarer Beziehung zur vorhandenen Bestockungsklasse.

C/N-Verhältnis des Mineralbodens

Die Baumartenzusammensetzung hat einen signifikanten Einfluss auf die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des mineralischen Oberbodens. Auf Grundlage der vorangegangenen Ergebnisse wurde daher der Einfluss der Baumarten auf das C/N-Verhältnis des mineralischen Oberbodens (0-10 cm) untersucht. Hierfür wurde der Datensatz in die zehn erfassten Baumartengruppen gegliedert. Da die Lärche an nur sehr wenigen BWI-Punkten mit ≥ 70% Flächenanteil vorkam, wurde sie bei der Auswertung nicht berücksichtigt. In Abb. 5 sind die C/N-Verhältnisse für neun von zehn Baumartengruppen für ganz Baden-Württemberg dargestellt.

C/N-Verhältnis in 0–10 cm Tiefe von neun Baumartengruppen für ganz Baden-Württemberg (Stichprobenanzahl ist unter jeden Boxplot aufgeführt. Bestockungsklassen sind farblich dargestellt. Buchstaben zeigen signifikante (p ≤ 0.05) Unterschiede zwischen den Baumartengruppen an. Die Mittelwertvergleiche wurden mit dem posthoc.kruskal.dunn.test in R (Paket „PMCMR“) durchgeführt).
Abb. 5: C/N-Verhältnis in 0–10 cm Tiefe von neun Baumartengruppen für ganz Baden-Württemberg (Stichprobenanzahl ist unter jeden Boxplot aufgeführt. Bestockungsklassen sind farblich dargestellt. Buchstaben zeigen signifikante (p ≤ 0.05) Unterschiede zwischen den Baumartengruppen an. Die Mittelwertvergleiche wurden mit dem posthoc.kruskal.dunn.test in R (Paket "PMCMR") durchgeführt).

Die C/N-Verhältnisse der Baumartengruppen unterscheiden sich in vielen Fällen signifikant (p ≤ 0,05) voneinander. Die engen und damit günstigeren C/N-Verhältnisse der ALH- und ALN-Gruppen unterscheiden sich sogar signifikant von allen anderen Gruppen. Ferner unterscheidet sich das wesentlich weitere C/N-Verhältnis aller Nadelbaumgruppen signifikant von allen Laubbaum- und Mischbeständen. Allgemein ist in Abb. 5 eine klare Gliederung zu erkennen: Unter Laubbäumen stellen sich wesentlich günstigere C/N-Verhältnisse im mineralischen Oberboden als unter Nadelbäumen ein. Mischbestände befinden sich im Mittelfeld. Demnach kann das C/N-Verhältnis des mineralischen Oberbodens durch die Baumartenwahl spürbar beeinflusst werden.

Stratifizierte Auswertung nach Wuchsgebieten

pH(KCl)-Werte des Mineralbodens

Die Größe des Datensatzes ermöglicht eine nach den sieben Wuchsgebieten Baden-Württembergs stratifizierte Auswertung der Bodeninformationen. In Abb. 6 sind beispielsweise die pHKCl-Werte in 0-10 cm Tiefe für neun Baumartengruppen für das Wuchsgebiet Schwarzwald (1) und Neckarland (2) aufgeführt.

pHKCl-Werte in 0–10 cm Tiefe von neun Baumartengruppen für die Wuchsgebiete: 1) Schwarzwald und 2) Neckarland. (weitere Erläuterungen: siehe Abb. 4)
Abb. 6: pHKCl-Werte in 0–10 cm Tiefe von neun Baumartengruppen für die Wuchsgebiete: 1) Schwarzwald und 2) Neckarland. (weitere Erläuterungen: s. Abb. 5

Es ist deutlich zu erkennen, dass die pHKCl-Werte einiger Baumartengruppen auch auf Wuchsgebietsebene signifikant (p ≤ 0,05) voneinander abweichen. So unterscheidet sich im Schwarzwald der hohe pHKCL-Wert der ALH-Gruppe signifikant von allen Nadelbaumbeständen, mit Ausnahme von DGL (Abb. 6, 1). Am anderen Ende der Skala stellen sich im Schwarzwald unter KI-Beständen signifikant geringere pHKCl-Werte als unter BU, DGL, Mix, ALN und ALH ein. Auch hier ist wieder eine deutliche Gliederung zu erkennen: Unter Nadelbaumbeständen (ausgenommen DGL) stellen sich niedrigere pHKCl-Werte als unter Laubbaumbeständen ein und Mischbestände bilden den mittleren Bereich ab. Im Neckarland zeigt sich hingegen ein weniger eindeutiges Bild (Abb. 6, 2). Dies hängt vermutlich mit der größeren Vielfalt an Ausgangsgesteinen und Bodentypen zusammen, die sich in einer stärker ausgeprägten Streuung der Werte niederschlägt. Während unter FI signifikant niedrigere pHKCl-Werte als unter ALH und KI zu finden sind, weisen ALH-Bestände signifikant höhere pHKCl-Werte als Bestände aus FI, TA, BU, EI oder Mix auf. Auch wenn die Unterschiede im Neckarland weniger stark ausgeprägt sind als im Schwarzwald, verdeutlichen die Ergebnisse, dass eine nach Wuchsgebieten stratifizierte Analyse möglich und sinnvoll ist.

Noch nicht ausgeschöpftes Analysepotential

Die vorgestellten Ergebnisse veranschaulichen das durch die Erhebung der bodenkundlichen Schlüsselgrößen deutlich gesteigerte Analysepotential der BWI-Aufnahmen. Durch die im Vergleich zur BZE 14-fache Verdichtung können Beziehungen zwischen Boden und Bestand wesentlich vielschichtiger und feingliedriger untersucht werden. So konnten für bodenkundliche Schlüsselgrößen signifikante Unterschiede zwischen Bestockungsklassen und Baumartengruppen sowie stratifiziert nach Wuchsgebieten nachgewiesen werden. Zudem haben Voruntersuchungen gezeigt, dass eine multivariate Auswertung der Daten ebenfalls möglich und sinnvoll ist. Im Zuge der für 2021-2022 vorgesehenen vierten BWI könnten bei einer wiederholten Erhebung der bodenkundliche Schlüsselgrößen zusätzlich zeitliche Effekte und überregionale Entwicklungen (Klimawandel) erfasst und analysiert werden. Demnach würde eine weiterführende methodische und modellgestützte Vernetzung von BZE und BWI unsere Wissensbasis über das Zusammenspiel von Waldböden und Beständen um ein wertvolles Datenfundament bereichern.

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