Vegetationsdegradierung durch atmosphärische Schadstoffe am Beispiel der neuartigen Waldschäden

Inhaltsverzeichnis

I. Einleitung

II. Anthropogene Einflüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Waldsterben bedingen
II.1. Schwefeldioxid
II.2. Stickoxide
II.3. Ozon

III. Verschiedene Hypothesen zu den Ursachen neuartiger Waldschäden
III.1. Saurer Regen und Bodenauswaschung
III.2. Ozon und photochemische Prozesse
III.3. Zusammenwirken verschiedener Faktoren und erhöhte Anfälligkeit für Stress und Infektionen
III.4. Ammoniumionen und übermäßiger Stickstoffeintrag
III.5. Unangemessene Forstpraxis

IV. Zustand der bayerischen Wälder (2002-2006)
IV.1. Schadstoffdeposition in den bayerischen Wäldern
IV.2. Zustand der Baumkronen und Einteilung in Schadstufen

V. Gegenmaßnahmen
V.1. Bodenschutzkalkung
V.2. Maßnahmen der Bundesregierung gegen neuartige Waldschäden

VI. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

I. Einleitung

„Neuartige Waldschäden“ oder „Waldsterben“, sind eine Form der Vegetationsdegradierung. „Degradierung“ bezeichnet eine Verringerung oder Herabsetzung bestimmter Eigenschaften. Die Folgen der Vegetationsdegradierung sind Erkrankungen und das Absterben von Bäumen. Hierfür können sowohl natürliche, quasinatürliche oder anthropogene Einflüsse auf das Ökosystem Wald Ursache sein. Die Hauptursache ist jedoch im anthropogenen Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre zu suchen. Dabei handelt es sich vor allem um veränderte Konzentrationen von Stickoxid, Schwefeloxid, Kohlenwasserstoffe, Ozon usw. Die Erkrankung des Waldes und das in den meisten Fällen darauf folgenden Waldsterben verursachen eine Beeinträchtigung der Waldfunktionen. (Haas, H. et al. 1992, S. 623, 2)

Das Waldsterben, beziehungsweise die nachhaltige Degradierung der Vegetation, vor allem im Wald, durch anthropogen verursachte Faktoren, ist so alt wie der Bergbau und das damit in Zusammenhang stehende Hüttenwesen. Schon zu Beginn des 15. Jhd. finden sich in den Montanakten der Staats- und Landesarchive Beschwerden über schwefelhaltigen Rauch, der Wiesen und Weiden belastete. Im 16. Jhd. wurde mit der Entwicklung von technischen Maßnahmen zur Begrenzung der Schäden durch Hüttenrauch begonnen. In dem 1556 in zwölf Bänden gedruckten Werk „De res metallica“ belegt der Arzt und Humanist Georgius Agricola auch die Umweltproblematik, die mit dem Montanwesen einhergeht (Wohlgemuth 2005).

Die Schädigung des Waldes war lange Zeit auf die Wälder in der Umgebung der Industrieanlagen begrenzt. Mit dem wirtschaftlichen Aufschwung nach dem Zweiten Weltkrieg erhöhten sich auch die Schadstoffemissionen. In den 60er Jahren schien man mit der „Politik der hohen Schornsteine“ eine Lösung des Problems gefunden zu haben. Die Schäden an der Vegetation um die Industrieanlagen wurden tatsächlich geringer da die Schadstoffe nun in andere Regionen verfrachtet wurden und ihre schädliche Wirkung nun dort zu beobachten war. Das Problem wurde international. Der skandinavische Wald zum Beispiel wurde nun durch Schadstoffe aus englischen Industrieanlagen geschädigt.

In Deutschland traten die sog. „neuartigen Waldschäden“ in den frühen 70er Jahren erstmals auf. Erst wurden an Weißtannen (Abies alba), später an Fichten (Picea abies) Schäden beobachtet. Mit den Jahren waren immer mehr Baumarten (Kiefern, Buchen, Kastanien und Eichen) von der Schädigung betroffen (Wellburn 1994, S. 239).

Im Folgenden soll erst auf die anthropogene Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und die damit verbundenen Einflüsse auf das Waldökosystem eingegangen werden, bevor verschiedene Hypothesen zu den Ursachen neuartiger Waldschäden, eine genauere Betrachtung der verschiedenen Schadensarten und die Beschreibung von möglichen Gegenmaßnahmen folgen.

II. Anthropogene Einflüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Waldsterben verursachen

Das äußerst empfindliche dynamische Gleichgewicht der Atmosphäre, in dem sich Eintrag und Austritt einzelner atmosphärischer Bestandteile die Waage halten, wird seit Beginn der Industrialisierung durch den Einfluss des Menschen zunehmend gestört. Unterschieden werden muss zwischen Substanzen, die der Mensch direkt in die Atmosphäre einträgt, durch Auto- oder Industrieabgase und einem Eingreifen in die Biosphäre, beispielsweise durch Raubbau an Wäldern oder die Kultivierung von Acker- und Weideland, wodurch Emissionswerte regional verändert werden (Fabian 1987, S. 81).

Messwerte zur Schadstoffbelastung in Bayern werden in Kapitel IV genannt.

II.1. Schwefeldioxid

Entstehung und Deposition

Die Gesamtmenge an Schwefeldioxid (SO2) in der Atmosphäre setzt sich sowohl aus natürlichen und anthropogen bedingten Emissionen zusammen. Die Menge an natürlich erzeugtem SO2, zum Beispiel durch mikrobielle Tätigkeit, Vulkanausbrüche, Schwefelquellen etc. ist nur um 50% größer als die durch menschliche Aktivitäten entstandene Menge. Der größte Teil der vom Menschen hervorgerufenen SO2-Belastung in der Atmosphäre wird in Europa, Nordamerika, China und Indien erzeugt. Bis in die 90er Jahre sank die anthropogen erzeugte Menge an SO2 durch Emissionskontrollen und verändertem Brennstoffverbrauch. Ein erhöhter Kohleverbrauch in den Schwellenländern, allen voran China und Indien, seit Ende des letzten Jahrhunderts macht diese ersten Erfolge jedoch wieder zunichte (Wellburn 1994, S. 31).

Die Quellen des Schwefelausstoßes lassen sich in „bewusste“ und „unfreiwillige“ Quellen unterteilen. Mit „bewussten“ Quellen sind die Gewinnung von elementarem Schwefel oder Pyriten gemeint, die jedoch immer mehr an Bedeutung verlieren, da unbeabsichtigt erzeugte Nebenprodukte wie CaSO4 (Gips) aus Rauchgasentschwefelungsanlagen auch zur Schwefelerzeugung genutzt werden können. „Unbewusst“ erzeugtes SO2 entsteht hauptsächlich bei der Kohleverbrennung, der Erdölraffination und der Erdölverbrennung (nach Anderson 1978, in Wellburn 1994, S. 32).

Durch die hohen Schornsteine der Industrieanlagen gelangt das SO2 bis in die Troposphäre, wo sich das schnell abkühlende Gas an die Lufttemperatur angleicht und als Rauchwolken fortgetragen wird. Die vorherrschenden Wetterverhältnisse bedingen, ob die Inhaltsstoffe der Wolke als trockene Deposition in der Region des Erzeugungsortes abgelagert oder bis zu mehreren hundert Kilometern weit getragen werden. Tritt die SO2-haltige Wolke mit Feuchtigkeit in Verbindung, so gelangen große Mengen des in der Wolke gespeicherten SO2 als nasse Deposition (Saurer Regen) auf die Erdoberfläche (Wellburn 1994, S. 33).

Auswirkungen auf die Vegetation

Der Eintritt der meisten Luftschadstoffe in das Blatt eines Baumes erfolgt auf ähnliche Weise wie der Ein- und Austritt von CO2 und H2O. Eine Schicht ruhender Luft stellt den „Grenzschichtwiderstand“ dar den ein gasförmiger Schadstoff überwinden muss, bevor er in das Blatt eindringen kann. Der Widerstand variiert mit der Windgeschwindigkeit und der Größe des Blattes. Bei verringerter Windgeschwindigkeit sinkt der Widerstand und es kommt zu einer verstärkten Aufnahme von Schadstoffen. SO2 reagiert, wenn es auf ein nasses Blatt oder eine nasse Nadel gelangt mit der Wachschicht der Cuticula, es zerfällt und kann so über die Beschädigte Cuticula ins Blattinnere eindringen. Im Winter oder in der Nacht, wenn die Cuticula über längere Zeit feucht bleibt, kommt es zu einer verstärkten Deposition auf den Blättern und damit zu einem verstärkten Eindringen von SO2 ins Blattinnere. Eingedrungenes SO2 zerstört die Chloroplasten wodurch die Photosynthesefähigkeit des Blattes verringert wird (Wellburn 1994, S. 47). Weißliche Stellen von absterbendem Gewebe, so genannte Chlorosen, sind der am häufigsten auftretende sichtbare Schadenstyp. Schreitet die Chlorose voran, kommt es zur Blattnekrose, also zum Absterben des Blattes. Geschädigte Blätter führen dazu, dass der Baum zum Beispiel empfindlicher auf Frost reagiert (Wellburn 1994, S. 53).

II.2. Stickoxide

Stickstoffmonoxid aus Verbrennungsvorgängen

Die Verbindung von atmosphärischem N2 und O2 lässt bei hohen Temperaturen Stickstoffmonoxid (NO) entstehen, stickstoffhaltige Bestandteile von Brennstoffen sind an der Produktion von NO in geringerem Maße beteiligt. Die größte Menge an NO wird in Verbrennungskraftwerken produziert, wobei die Menge des entstandenen NO vom Stickstoffgehalt des Brennstoffs abhängig ist. Je höher der Stickstoffgehalt des Brennstoffs ist, desto geringer ist die Menge des entstehenden NO, diese steigt jedoch mit dem Schwefelanteil des Brennstoffs. Sowohl der Einbau des Katalysators in den Verbrennungsmotor als auch die effektive Filterung der bei der Verbrennung entstehenden Gase in Kraftwerken haben dazu beigetragen, die Emission von NO deutlich zu verringern. Dies hat jedoch bis heute nicht dazu geführt, dass die NO-Emissionen auf ein akzeptables Niveau gesenkt wurden (Wellburn 1994, S. 67f.).

Stickoxide entstehen neben der Verbrennung auch bei Produktion von Ammoniumnitrat als Stickstoffdünger für die Landwirtschaft. Dabei entweichen aus den Fabriken große Mengen an Stickoxiden, Ammoniak und Ammoniumnitrat-Staub, was zu regional zu Beeinträchtigung der Umwelt führt (Wellburn 1994, S. 69f.).

Auswirkungen auf die Vegetation

Der cuticuläre Widerstand gegen den Eintrag von Stickoxiden ist geringer als der gegen SO2 oder Ozon, auch bei geschlossenen Stomata können Stickoxide in Blattinnere eindringen. Ein geringer Teil wird kann auch über die Wurzeln aufgenommen werden (Wellburn 1994, S. 76). Im Inneren des Blattes kommt es, ähnlich der Wirkung von SO2, zur Schädigung von Blattorganen. Ein noch größeres Problem stellt der Stickstoffeintrag in den Waldboden dar. Es kann, durch Versauerung, zur Auswaschung von Nährelementen aus den oberen Bodenschichten kommen. Der erhöhte Stickstoffeintrag führt zu einer Eutrophierung und toxische Mineralien werden freigesetzt. Durch die Veränderung der bodenchemischen Verhältnisse werden die Aufnahmemechanismen der Wurzeln gestört, was auch zu einer Schädigung der Wurzeln führen kann. Das Ausmaß der Schäden ist jedoch vom Bodentyp abhängig (Sengenbusch 2003).

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