Auswirkungen von Waldumbaumaßnahmen auf die DOC-DN Dynamik und Aluminium-Toxizität in einem Kiefern- und Buchenbestand („Grünes Auge“) in Ostthüringen

Zusammenfassung

Inhalt dieser Arbeit war die Bestimmung der Bodenbedingungen in einem Kiefern- und Buchenbestand im Bezug auf die DOC/DN-Flussgrößen und der Al3+ Konzentration mit einem Verweis auf den pH-Wert der jeweiligen Standorte. Die notwendigen Daten wurden in einem zehnmonatigen Messzeitraum (25.03.2009-22.01.2010) in der Nähe von Kahla ermittelt. Zur Erfassung der Bodenwerte stellte man Regensammler, Humuslysimeter und Ah-Lysimeter im Testgelände auf und analysierte die erhobenen Daten anhand verschiedener Untersuchungsmethoden im Labor. Nach der Beschreibung der Daten mit Hilfe von Diagrammen und Tabellen sowie der Interpretation der Ergebnisse unter Einsatz von Fachliteratur konnte festgestellt werden, dass die Waldumbaumaßnahmen mit Hilfe des Buchenbestandes einen positiven Einfluss auf die Bodenbedingungen hatten, was das Beispiel der Al3+ Konzentration aufzeigte. Zudem konnte der große Einfluss der verschiedenen Bodenkompartimente, der Vegetation und der Niederschlagsverhältnisse auf die DOC- und DN-Flussgrößen bewiesen werden.

Schlüsselwörter: DOC, DN, pH-Wert, Al3+ Konzentration, Aluminium-Toxizität, Buche, Kiefer,

Bodenkompartimente

Einleitung

Ziel dieses Artikels soll die Feststellung der Auswirkungen von Waldbauumbaumaßnahmen auf die DOC/DN Dynamik und der Aluminium-Toxizität in einem Kiefern- und Buchenbestand in Ostthüringen sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden in einem Zeitraum von zehn Monaten (25.03.2009-22.01.2010) Bodenbeprobungen in einem 14 Tage Intervall durchgeführt. Mithilfe von Regensammlern, Ah- und Oh-Lysimetern konnten folgende Werte im Labor analysiert bzw. berechnet werden: DOC, DN, TC, TOC, TIC, TN, DC, DIC, PON, POC, Al3+, PO43-, NO3-, pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit. Aufgrund der komplexen Informationsdichte der Bodenanalyse bezieht sich dieser Artikel nur auf die DOC/DN Flüsse sowie der Aluminium Werte im Kiefern- und Buchenbestand. Zum besserem Verständnis wurden verschiedene Tabellen und Diagramme konstruiert, welche die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Stoffflüssen und dem Kiefern- und Buchenbestand aufzeigen sollen.

Material/Methoden

Standort

Das Untersuchungsgebiet befindet sich in einem Kiefernforst, wobei ein Bestand aus Buchen ein sogenanntes „Grünes Auge“ bildet. Zu finden ist dieses Gebiet an der Landstraße zwischen Seitenbrück und Trockenborn-Wolfersdorf. Die geographischen Koordinaten betragen laut TLV (1999) 50°47'38'' nördliche Breite und 10°39'51'' östliche Länge. Das Gebiet liegt in einer Höhe von 350 m über NN und ist Süd-Ost-Exponiert. Der Standort besitzt eine Niederschlagsrate von 600 mm im Jahr mit einer Jahresdurchschnittstemperatur von 7,5 °C und ist in Folge dessen dem kühlem, mäßig feuchten Hügelland-Klima zuzuordnen. Das Ausgangsgestein bildet der triassische Bundsandstein, welcher zu einem Podsolboden mit Rohhumus als Humusform geführt hat. Der Waldbestand weist ein Alter von etwa 60-70 Jahren auf.

Probenentnahme

Um die benötigten Daten zu erlangen, wurden zum einem auf der Freifläche drei Niederschlagssammler (Höhe: 1m, Durchmesser: 20 cm, in Gruppe) aufgestellt. Des Weiteren installierte man auf den Testflächen des Kiefern- und Buchenbestandes jeweils fünf Regensammler (Höhe: 1m, Durchmesser: 20 cm, in Reihe) zur Ermittlung des Bestandesniederschlages. Obendrein wurden vier Humuslysimeter (Durchmesser: 19,5 cm, paarweise) unter dem Oh und vier Ah-Lysimeter (Durchmesser: 19,5 cm, einzeln) unter dem Ah-Horizont des Bodens eingesetzt. Die Probeentnahme erfolgte alle 14 Tage in einem Zeitraum von 10 Monaten (25.03.2009-22.01.2010). Während der Entnahme wurde das Volumen der Proben mittels eines Messzylinders bestimmt und in Flaschen abgefüllt.

Untersuchungsmethoden im Labor

Zur Analyse der Proben wurden diese im Labor der Chemisch-Geowissenschaftlichen Fakultät von Jena überprüft. Der erste Punkt der Analyse umfasste die Filtration (0,45 µm) der Bodenproben, welche anschließend mittels eines Shimadzu Total Organic Carbon Analyzer – TOC-Vcpn mit thermischer Oxidation der Verbindungen zu CO2 und NOx im Kontext der DOC/DN-Flussgrößen untersucht wurden. Zur Ermittlung der Al3+ Konzentration in den Bodenproben diente die Photometrie. Für die Erfassung des ph-Werte und der elektrischen Leitfähigkeit konnte das WTW pH 315i Gerät benutzt werden. Die resultierenden Ergebnisse wurden in eine Excel Datenbank überführt, auf deren Grundlage die benutzten Diagramme und Tabellen entstanden.

Ergebnisse

Die folgenden Ergebnisse beruhen auf den Messdaten, welche auf dem Testgelände im Zeitraum vom 25.03.2009-22.01.2010 gesammelt und im Labor analysiert wurden. Zur besseren Darstellung der Daten hat man den Mittelwert und die Standardabweichung berechnet und in den Diagrammen abgebildet. Die Werte der DOC- und DN-Flussgrößen wurden in kg/ha*t und die Werte der Al3+ Konzentration in g/ha*t angegeben.

Vergleicht man den Kurvenverlauf der DOC- und DN-Flussgrößen mit der Niederschlagsverteilung (Abb. 1) im Beprobungszeitraum, so kann eine Korrelation zwischen diesen drei Variablen erkannt werden. Die Zu- und Abnahme der DOC- und DN-Werte (Abb. 2-7) stimmt mit der Menge an Niederschlag überein. Auffallend sind die großen Niederschlagsmengen der Termine des 25.3.09, 18.6.09 und des 30.07.09 sowie der größeren Niederschlagsereignisse im Spätherbst bzw. des frühen Winters und den damit erhöhten DOC- und DN-Flussgrößen. Die nicht vorhandenen Werte von DOC bzw. DN (z. B. am 02.07.09) sind in Folge dessen durch keine bzw. sehr geringe Niederschläge in dem Zeitraum zu erklären. Der Eintrag an Niederschlag stellt im Zuge dessen eine wichtige Variable bei den DOC- und DN-Flussgrößen dar. Die kumulativen Flussgrößen von DOC und DN sind in Tabelle 1 einsehbar.

DOC-Messwerte

Wird ein Vergleich der DOC-Messwerte des Kiefern- und Buchenbestandes gemacht, so lässt sich feststellen, dass der Kiefernbestand höhere Messwerte aufweist (Abb. 2, Abb. 4, Abb. 6) und größere Standardabweichungen besitzt. Zudem ist der Verlauf der Kurven größeren Schwankungen unterzogen, d.h. es konnten größere Unterschiede der Minimal- und Maximalwerte festgestellt werden. Unterschiede der DOC-Flussgrößen im Jahresverlauf waren in allen Kompartimenten nicht erkennbar. Rückt der Verlauf der Kurven des Kiefern- und Buchenbestandes in den Blickpunkt des Betrachters, so kann ein relativ gleichartiger Verlauf der Kurven erkannt werden. Des Weiteren lässt sich ablesen, dass die Stoffflüsse unter den Kompartimenten Unterschiede aufweisen. Im Kiefernbestand nimmt der Stofffluss vom Freilandniederschlag über den Bestandesniederschlag (Abb. 2) und dem Ah-Horizont (Abb. 6) des Bodens bis zum Oh-Horizont (Abb. 4) stetig zu. Ein ähnliches Bild zeigt der Buchenbestand auf. Die Flussgrößen des Freilandniederschlages sind hier auch am geringsten und nehmen zum Bestandesniederschlag zu. Allerdings ist der Unterschied zwischen dem Oh- und Ah-Horizont des Bodens weitestgehend nicht erkennbar. Vergleichbare und ähnliche Werte zeigte McDowell et al. (2004) in seiner Studie in Laub- und Nadelwäldern im Bezug auf die DOC-Flussgrößen auf. Weitere Unterschiede können auch zwischen der Freilandfläche und der Waldfläche festgemacht werden. Die Messwerte der Freilandfläche weisen geringere Flussgrößen auf (Abb. 2). Zudem sind die Werte des Bestandesniederschlages in den meisten Fällen geringer, als die der beiden Bodenhorizonte.

3.2 DN-Messwerte

Gleichermaßen sind auch beim Vergleich der DN-Messwerte des Kiefern- und Buchenbestandes die Flussgrößen des Kiefernbestandes höher als die des Buchenbestandes (Abb. 3, Abb. 5, Abb. 7). Der Eintrag, gemessen in kg/ha*t, weist aber kleinere Werte im Vergleich der DN-Flussgrößen zu den DOC-Flussgrößen auf. Die Standardabweichungen zeigen wieder ein ähnliches Bild, wie dies schon die DOC-Werte darstellten. Zudem lassen sich gleichfalls wieder größere Schwankungen in den DN-Flussgrößen des Kiefernbestandes feststellen, welche wieder durch die größeren Unterschiede der Minimal- und Maximalwerte ausgemacht werden. Der Verlauf der Kurven des Kiefern- und Buchenbestandes ist dabei relativ identisch. Obendrein ist eine leichte Abnahme der DN-Werte im Jahresverlauf zu erkennen. Die Stoffflüsse unter dem Kompartimenten der DN-Messwerte weisen allerdings eine andere Reihenfolge als die der DOC-Messwerte auf. Die Flussgrößen des Ah-Horizontes sind in diesem Fall (Abb. 7) am niedrigsten. Ein Anstieg der Werte vom Oh-Horizont (Abb. 5) über den Bestandesniederschlag und zuletzt dem Freilandniederschlag (Abb. 3) ist auf den Diagrammen zu erkennen. Unterschiede im Jahresverlauf durch die Jahreszeiten treten in den Diagrammen nicht deutlich hervor. Ein analoges Ergebnis zeigte auch Solinger et al. (2001) in seiner Studie in einem Laubwald im Bezug auf die DN-Konzentration in den verschiedenen Bodenhorizonten auf. Ein gravierend großer Unterschied zwischen den Kiefern-und Buchenbestand konnte aber nicht festgestellt werden.

[...]