Auswirkungen
anthropogener Säureeinträge
auf Waldböden

Bachelorarbeit am Geographischen Institut der
Universität Zürich

Verfasst von
Stefanie Kägi

Vorgelegt von:
Stefanie Kägi

Abgabedatum:
23. Juni 2006
Semester: SoSe 06

Inhalt

1 Zusammenfassung 4
2 Einleitung 4
3 Theorie der Bodenversauerung 4
3.1 Definition von Versauerung 4
3.2 Komponenten der Versauerung 5
3.3 Puffersysteme 6
4 Anthropogene Einflüsse auf die Bodenversauerung 7
4.1 Gravitationsdeposition und Interzeption 7
4.2 Komponenten der anthropogenen Deposition 8
4.2.1 Schwefeleinträge 8
4.2.2 Stickstoffeinträge 9
4.3 Unterschiede zwischen der anthropogenen und der natürlichen Versauerung von Waldböden 11
5 Auswirkungen der Bodenversauerung auf das Ökosystem Wald 12
5.1 Kationen-Mangel 12
5.1.1 Der Kationenantagonismus 12
5.1.2 Kationenauswaschung durch saure Depositionen 12
5.1.3 Einfluss der Kationen auf das Aggregatgefüge des Bodens 13
5.2 Al-Toxizität 13
5.2.1 Gründe für die erhöhte Aluminiumkonzentration 14
5.2.2 BC/AlVerhältnis 14
5.2.3 Auswirkungen der Al-Toxizität auf Pflanzen 15
5.3 Mangantoxizität 15
5.4 Höhere Konzentration von Schwermetallen in der Bodenlösung 15
5.5 Veränderung der Bodenfauna 16
6 Einfluss der Stickstoffeinträge 17
6.1 Stickstoffsättigungshypothese 18
6.1.1 Beispiel zur Stickstoffsättigungshypothese 18
6.2 Änderung der Vegetation 19
6.3 Streuzersetzung 20
7 Gründe und Ausmass der Reduktion der Depositionen 21
7.1 Internationale Regelungen 21
7.2 Die Reduktion der Emissionen in Zahlen 21
7.3 Critical Loads 23
8 Einfluss der Reduktion der Depositionen auf die Waldböden 24
8.1 Entwicklung des BC/Al-Verhältnisses 24
8.2 Unterschiedliche Reduktion von Stickstoff und Schwefel 25
9 Mögliche Massnahmen gegen die Bodenversauerung 25
9.1 Änderung des Waldbestandes 25
9.2 Änderung der Bodenfauna 26

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9.3 Kalkung und Düngung 26

9.4 Schlussfolgerungen 27

10 Literatur 29

11 Anhang 32

Verzeichnis der Abbildungen

Abbildung 1; Stickoxidemissionen der Schweiz von 1900 bis 2000 9
Abbildung 2: Stickoxidemissionen der Schweiz von 1900 bis 2000 10
Abbildung 3: Verhältnis zwischen atmosphärischer Verweilzeit und relativem Stoffanteil der Luftschadstoffe 11
Abbildung 4: Auswaschung von N aus dem Boden verglichen mit dem N-Eintrag in europäischen Wäldern 18
Abbildung 5: Schwefel-Emissionen im internationalen Vergleich 22
Abbildung 6: Nitrat-Emissionen im internationalen Vergleich 22
Abbildung 7: Verteilung der Gebiete welche vor Stickstoffeinträgen geschützt sind 23
Abbildung 8: Entwicklung des BC / Al-Verhältnisses in der Bodenlösung 24
Abbildung 9: Kalkung von einem Wald 26

Verzeichnis der Tabellen

Tabelle 1: Beschreibung der pH-Werte in CaCl3-Lösung 5
Tabelle 2: Säureempfindliche Bodenorganismen 16
Tabelle 3: Entwicklung des prozentuellen Anteils der Pflanzen und Moose 19
Tabelle 4: Entwicklung der SOx-, NOx- und NH3-Emissionen in 1000t/Jahr von 1990 ­2000 21
Tabelle 5: Die Entwicklung der Kohlendioxid-, Stickstoffoxid- und Schefeldioxid-Emissionen 32
Tabelle 6: Die Entwicklung der Methan- und Schefeldioxid-Emissionen 33

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1 Zusammenfassung

Anthropogene Säureeinträge haben in den letzten hundert Jahren einen kontinuierlichen Einfluss auf die Waldböden, Bäume und Bodenorganismen ausgeübt. Langsam haben sich dabei deren pH-Wert, Nährstoffverfügbarkeit, Säureneutralisationskapazität und Artenzusammensetzung verändert. Ein vielschichtiges Wechselspiel von Wachstumsförderung durch Stickstoffeinträge, Nährstoffverlusten durch Kationenauswaschung, Änderungen der Vegetationszusammensetzung und Verlusten an Basensättigung nahm seinen Lauf. In den 1970er und 1980er Jahren wurde ein Teil dieses Wechselspiels auch für uns erkenntlich. In vielen Ländern der industrialisierten Welt nahm das Waldsterben ungewöhnliche Ausmasse an. Die Vergilbung der Blätter oder deren frühzeitiger Abwurf waren die augenscheinlichsten Symptome der neuzeitlichen Waldschäden. Erstaunlicherweise wurde das Wechselspiel durch die Waldschäden nicht gebremst oder gar angehalten. Im Gegenteil: In den 1990er Jahren wurde in gewissen Regionen eine weit greifende Erholung der Bäume festgestellt, wobei anderorts die Schädigung weiterhin ihren Lauf nahm. Noch überraschender war aber das zusehends ansteigende Wachstum der Bäume in Regionen mit hoher industrieller Luftverschmutzung und damit verbundenem sauren Regen (Tomlinson 2002).

Die einzelnen Faktoren dieses wechselseitigen Zusammenspiels unterstehen einer immer währenden Veränderung, spielen manchmal miteinander, manchmal gegeneinander. Die Herausforderung dieser Arbeit ist es nun, den Spielregeln und Rahmenbedingungen auf den Grund zu gehen.

2 Einleitung

Die Fragestellung meiner Arbeit bezieht sich einerseits auf die Auswirkungen der anthropogenen Depositionen auf Waldböden, andererseits auf die Meliorationsmöglichkeiten die eine Reduktion dieser Säureeinträge mit sich bringt. Dabei interessiert mich der Selbsterholungsmechanismus der Waldböden besonders. Gerne möchte ich herausfinden, bis zu welchem Versauerungsgrad bei Wäldern ein natürlicher Selbsterholungsmechanismus wirkt. Auch Massnahmen gegen die schon einhergegangene Versauerung sind für mich von grossem Interesse. Die Bandbreite dieser Fragestellung ist mir bewusst, weshalb ich nur diejenigen Faktoren und Prozesse beschreiben werde, die eng mit der Beantwortung dieser Fragen verbunden sind.

Da diese Arbeit ausschliesslich auf literarischer Recherche besteht, werde ich nur auf die verschiedenen Messmethoden eingehen, wenn es für das Verständnis von Nutzen ist.

3 Theorie der Bodenversauerung

Die Auswirkungen anthropogener Depositionen können nicht ohne das Verständnis der natürlichen Versauerungsprozesse in Böden betrachtet werden; waren doch Waldböden schon vor dem Anstieg anthropogen verursachter Säureeinträge einer konstanten Versauerung unterworfen. Neben zahlreichen natürlichen Prozessen, die eine Veränderung des Säurehaushalts von Böden hervorrufen, existieren auch verschiedene Puffersysteme, welche die Böden zumindest für eine bestimmte Zeit vor Versauerung schützen können (Walthert, 2003). Im folgenden Kapitel sollen die Komponenten und Prozesse, welche Einfluss auf die Versauerung nehmen, beschrieben werden.

3.1 Definition von Versauerung

Der Säurezustand eines Bodens kann mittels verschiedener Indikatoren beschrieben werden. In dieser Arbeit spielen der pH-Wert, wie auch die Kationenbelegung der Austauscherplätze eine wichtige Rolle. Der pH-Wert ist definiert durch den negativ dekadischen Logarithmus der Wasserstoffionen in wässriger Lösung (Scheffer; Schachtschabel, 2002).

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