Zusammensetzung und Einsatz von Düngemitteln in der Forstwirtschaft unter besonderer Beachtung des Eintrages von Karbonaten

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die forstliche Düngung

3. Zusammensetzung und Einsatz von Düngemitteln in der Forstwirtschaft
3.1. Kalkdünger
3.2. Phosphatdünger
3.3. Kali- und Magnesiumdünger
3.4. Stickstoff- und Mehrnährstoffdünger

4. Ausbringungstechnik in der Forstwirtschaft und deren Auswirkungen auf die Fauna

5. Diskussion über die Wirkung der Düngemittel

6. Zusammenfassung

7. Schriftenverzeichnis

1. Einleitung

Im folgenden werden verschiedene Düngemittel, die heute in der Forstwirtschaft eingesetzt werden, vorgestellt und diskutiert. Dabei wird auf die Herstellung, die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Düngemittel sowie deren Wirkung im Boden eingegangen. Da Dutzende unterschiedliche Düngemittel im Handel erhältlich sind, wurden exem-plarisch einige wichtigsten ausgewählt und einer genaueren Betrachtung unterzogen. Das Hauptaugenmerk liegt bei den Kalkdüngern. In diesem Zusam-menhang wird dem Sinn der Kompensationsdüngung nachgegangen, die zur Reduzierung der Säuretoxizität in der Forstwirtschaft angewandt wird, und deren erfolgreicher Einsatz nachhaltig weitere Waldschäden vermindert. Auf die technische Ausbringung der Düngemittel wird ebenfalls eingegangen, weil es meines Erachtens für Bodenkundler unabdingbar ist, bei der Beratung über den Einsatz von Düngemitteln nicht nur Auskunft darüber geben zu können, welcher Dünger bei dem vorliegenden Standort und Baumbestand benutzt werden sollte, sondern auch über die Form und die Ausbringung der Düngemittel Aussagen getroffen werden müssen. Das ist vor dem Hintergrund, daß einige Düngemittelformen besonders schädliche Auswirkungen auf die Fauna haben, umso nötiger. Zum Schluß wird die Reaktion der ausgewählten Düngemittel betrachtet und positive wie auch negative Effekte genannt.

2. Die forstliche Düngung

Die ersten Walddüngungsversuche sind bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zurückzuverfolgen. Als Folge der Erkenntnis, daß fast alle Waldstandorte, die aus orographischen Gründen auch für den Ackerbau genutzt werden könnten, ursprünglich qualitativ schlechter und örtlich minderwertiger als benachbarte landwirtschaftlich genutzte Böden waren, kam in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts der Gedanke der Melioration von Waldböden auf. Die Melioration, deren Ziel die Bodenverbesserung war, sollte durch Düngemittel erreicht werden. Die Düngungserfahrungen in der Landwirtschaft bildeten anfänglich die Grundlage für Düngungsmaßnahmen in der Forstwirtschaft. So ergaben die ersten Kalkungen auf Waldböden erstaunliche Ertragsteigerungen, die sich z.B. in dem Anwachsen der Jahresringe der Bäume ausdrückten.

Außerdem erhöhten sich nach der Kalkung die Häufigkeit des Samenertrages sowie die Keimfähigkeit des Samens in den ent-sprechenden Beständen. Der Benutzung von Kalk kam also von Beginn an eine große Bedeutung zu in der Forstwirtschaft. Großflächige Kalkungsmaßnahmen wurden dann allerdings erst in den fünfziger Jahren vorgenommen. Dieses Vorgehen hängt neben dem Anstieg des Holzpreises wohl auch mit der Entwicklung leistungsfähiger

Ausbringungsgeräte zusammen, die die Ausbringung größerer Kalkmengen in kürzerer Zeit und auf nicht direkt befahrbaren Waldflächen ermöglichte. Ende der sechziger Jahre wurden die Kalkdüngung im Wald sehr eingeschränkt, was nach Gussone (1983) zum einen ausschließlich mit der schlechten Holzmarktlage zusammenhing und zum anderen durch den Bankrott größerer Unternehmen dieser Branche dokumentiert wurde. Erst durch die Veröffentlichungen zahlreicher Versuchsergebnisse und den Beobacht-ungen von Neuartigen Waldschäden Ende der siebziger Jahre trat die Waldkalkung erneut in den Mittelpunkt forstwirtschaftlicher Planung. Heute steht somit nicht mehr die Ertragssteigerung im Vordergrund der Kalkung, sondern die Stabilisierung von Waldökosystemen (Gussone 1983; Weyer 1993). Es ist nach Gussone (1987) bei der Vielfalt möglicher Kalk-ungsmaßnahmen zwischen folgenden Begriffen zu unterscheiden:

Düngung = Nährstoffzufuhr,

Meliorationsdüngung = Bodenverbesserung,

Kompensationskalkung = Ausgleich saurer Einträge, Sanierung = Reparatur geschädigter Böden,

diagnostische Düngung = Düngungsmaßnahme nur nach einzelbestandweiser Düngediagnose. Innerhalb des Problemkreises Neuartige Waldschäden nimmt die Bodenversauerung eine zentrale Stellung ein. Dabei wird die natürliche Versauerung von Waldböden durch den Eintrag von Säuren und Säurebildnern aus anthropogenen Emissionen, wie z.B. durch SO₂- und NOx-Belastung der Luft, stark beschleunigt. Absenkungen des pH-Wertes in Oberböden, gemessen im Bereich des Kottenforstes bei Bonn, in einem Zeitraum von 20 Jahren von pH 4,9 auf 2,8 unter Fichte und von pH 4,0 auf 3,1 unter Laubwald, sind keine Seltenheit in mittel-europäischen Wäldern. Darüber hinaus führt die Bodenversauerung zu einer Mobilisierung von Schwermetallen wie Cadmium und Blei sowie deren Verlagerung und Auswaschung mit steigender Mobilität bis hin zur Grundwasserbelastung. Auch für die biologische Umsetzung in den Böden bleibt die Bodenversauerung nicht folgenlos. Die bakterielle Flora ist auf pH-Werte oberhalb von 6 angewiesen, und wichtige Bodenwühler sind bei pH-Werten unterhalb von 3,5-4 nicht mehr lebensfähig. Konsequenz daraus ist die gehemmte Streuzersetzung, der Aufbau mächtiger Rohhumusauflagen und schließlich die fehlende Einarbeitung organischer Substanz in den Mineralboden. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Kompensationskalkung als Bodenschutzkalkung zunehmend an Bedeutung, und man kann daher von der Bodenschutzkalkung weder eine Melioration des Mineralbodens noch eine Zuwachssteigerung erwarten. Vielmehr soll eine solche Kalkungsmaßnahme die

Neu-tralisation von eingetragenen Säuren vor dem Eintritt in den Mineralboden bewirken und dadurch das Risiko von Säuretoxizität und deren Folgen verringern (Weyer 1993). Um dieses Ziel zu erreichen, wurden von 1984 bis 1991 mehr als 1,3 Mio. ha, das sind ca. 13 % der gesamten Waldfläche der Bundesrepublik Deutschland, gekalkt (BMELF 1992).

Weitere Hauptansatzpunkte für die Düngung in der Forstwirtschaft sind nach Finck (1979) die Düngung von Jungbäumen in der Anzucht, die Düngung zur Intensivierung des Nährstoffkreislaufs und die Düngung zur gezielten Verbesserung der Ernährung und damit des Wachstums der Bäume, um zum einen das Holzwachstum zu steigern und zum anderen die Resistenz der Bäume zu erhöhen. Bei der Ernährung von Forstpflanzen sollte die bedeutsame Symbiose zwischen Baum und Pilz durch Düngungsmaßnahmen gefördert und nicht zerstört werden (die Mykorrhizen vergrößern die wasser- und nährstoffaufnehmende Oberfläche der Wurzeln). Letztlich trägt die Düngung dazu bei, die Resistenz der Bäume gegenüber extremen Streßsituationen (orkanartige Stürme, heftiger Schneefall, starker Parasitenbefall, Gas- und Staub-emissionen etc.) zu steigern. Die gesteigerte Vitalität und Regenerations-fähigkeit sind Ausdruck erfolgreicher Düngungsmaßnahmen.

Anhand der Düngerichtlinien für den bayerischen Staatswald von 1987 sollen Grundsätze für die Düngung im Wald aufgezeigt werden. Bevor es zu gezielten Düngungsmaßnahmen kommt, muß eine Düngungsdiagnose erstellt werden, die die Ursachen für schwache Wuchsleistungen und schlechten Gesundheitszustand eines Bestandes untersucht. Dabei ist die Beteiligung von Nährelementmängeln zu prüfen. Die Diagnose muß sowohl die Düngungsbedürftigkeit eines Waldbodens wie auch die Düngungswürdigkeit von Standort und Bestand ergeben. Bei der Untersuchung der

Düngungsbedürftigkeit müssen miteinbezogen werden: Die Humusansprache nach Form, Art und Mächtigkeit, auftretende Mangelsymptome in Form von Blatt-verfärbung, die Durchführung einer Nadel- und Blattanalyse zur Ermittlung der unmittelbaren Nährelementversorgung eines Baumes, die Vegetationsansprache anhand der vorkommenden Weiserpflanzen und die Bodenanalyse, die über den chemischen Bodenzustand und die Nährelementevorräte Auskunft gibt. Der Standort (z.B. verringern andauernder Mangel oder Überschuß an Wasser oder Kälte und kurze Vegetationsperioden den Erfolg der Düngung entscheidend) und die Bestände (Bestandsalter, Bestockungsgrad, Qualität, Stabilität und Schäden) müssen düngungswürdig sein (Encke 1988).

Nach Evers (1984) sind als düngungswürdig im immissions-ökologischen Sinne gesunde, noch geschlossene Bestände aller Altersklassen, kranke Bestände, soweit sie in Naturverjüngung stehen, und schwach bis mäßig erkrankte jüngere Bestände mit insgesamt günstiger Prognose anzusehen.

3. Zusammensetzung und Einsatz von Düngemitteln in der Forstwirtschaft

Im folgenden soll der Zusammensetzung und dem Einsatz von Düngemitteln in der Forstwirtschaft unter besonderer Beachtung des Eintrages von Karbonaten nachgegangen werden. Dabei werden handelsübliche Düngekalke, Phosphatdünger, Kali- und Magnesium-dünger sowie Stickstoff- und Mehrnährstoffdünger (NPK-Dünger) einer genaueren Betrachtung unterzogen. Die chemisch-physikalischen Eigenschaften liegen den Erkenntnissen von Finck (1979) zugrunde.

3.1. Kalkdünger

Das Ausgangsmaterial der Kalkdünger sind Ablagerungen von Kalksteinen in Meeren früher geologischer Zeiträume (vor allem zur Jura- und Kreidezeit). Die Karbonate von Calcium und Magnesium werden entweder im Meerwasser chemisch ausgefällt oder als kalkhaltige Gehäuse oder sonstige Teile kleiner tierischer und pflanzlicher Lebewesen angesammelt und durch Druck und Temperatur verfestigt.

Die wichtigsten Kalkdünger werden nun mit ihren Eigenschaften und ihrer chemischen Zusammensetzung vorgestellt:

Kohlensaure Kalke (Kalkmergel) bzw. kohlensaure Magnesiumkalke besitzen eine geringe Wasserlöslichkeit und müssen daher fein vermahlen werden. Ihre Mahlfeinheiten liegen bei hartem Kalkstein bei 97 % < 1 mm und 70 % < 0,3 mm und bei weichem Kalkstein bei 97 % < 2,5 mm und 50 % < 0,8 mm. Sie haben einen CaCO₃-Gehalt von 75- 95 %, besitzen bei allen sauren Böden eine langsame Wirkung und sind weißlich bzw., bei höheren Gehalten an organischer Substanz oder dunkeln Mineralen, z.T. auch dunkelgrau. Neben der Kalkwirkung ist der Gehalt an Magnesium ein wesentliches Qualitätskriterium. Demnach dürfen Dünger die Bezeichnung "mit Magnesium" führen, wenn sie über einen Gehalt von 5-15 % MgCO₃ verfügen. Bei Kohlensauren Magnesiumkalken beträgt der CaCO₃-Gehalt 60-80 %.

Hüttenkalke sind vermahlene Hochofenschlacke aus der Eisenerz-Verhüttung. Durch die Zugabe von Kalk zum Eisenerz werden in der Hitze die unerwünschten Silikate zu Calciumsilikat gebunden. Daraus entsteht ein Anteil von 75 % Ca₂SiO₄ am Dünger. Hüttenkalke müssen mindestens einen Anteil von 42 % CaO enthalten. Als Begleitstoffe können in Spuren noch 2-3 % Mangan vorhandnen sein. Ab 3 % MgO führt der Dünger die Bezeichnung "mit Magnesium". Dieser Dünger ist grau, wirkt sehr langsam, aber nachhaltig und eignet sich deshalb zur Verwendung auf leichten Böden. Die Mahlfeinheit liegt bei 97 % < 1 mm und 80 % < 0,3 mm.

Thomaskalk, auch Konverterkalk genannt, ist Konverterschlacke, die bei der Stahlgewinnung aus Roheisen anfällt. Bei der Weiterverarbeitung zu Stahl werden durch die Zugabe von Kalk zum Roheisen in der Hitze

Abb. 2 Ablauf einer Düngeentscheidung (Ebert 1988: 396)

unerwünschte Nebenbestandteile zu Calciumsilikaten und Calciumphospaten gebunden. Im Vergleich zum Hüttenkalk enthält Thomaskalk weniger Si, aber mehr CaO, P, Fe und Mn. Thomaskalk muß mindestens 35 % CaO enthalten und darf bei Gehalten von über 3 % MgO die Bezeichnung "mit Magnesium" und bei Gehalten von über 3 % P₂O₅ die Bezeichnung "mit Phosphat" tragen.

Branntkalk (CaO) und Löschkalk Ca(OH)₂ werden wegen ihrer sehr schnellen und ätzenden Wirkung in der Forstwirtschaft nicht mehr eingesetzt.

Karbonate wirken aufgrund ihrer geringen Wasserlöslichkeit und ihrer

Umsetzung im Boden langsam. Mit zunehmendem CO₂-Gehalt des

Bodenwassers und bei noch stärkerer Säureeinwirkung nimmt die Löslichkeit der Karbonate zu. Die langsame Wirkung erfordert eine rechtzeitige Anwendung der Dünger, andererseits ist aber auch die Gefahr einer Überkalkung geringer einzuschätzen.

3.2. Phosphatdünger

Ausgangsmaterial für Phosphatdünger sind Rohphosphate aus entsprechenden Lagerstätte, phosphathaltige Erze und sonstige Phosphorverbindungen. Rohphosphate bestehen aus verschiedenen Apatiten (Calciumphosphat), die teils magmatischen, teils orogenen Ursprungs sind. Die

Phosphatmineraldünger werden durch chemischen Aufschluß oder

Feinvermahlung aus natürlich vorkommenden Phosphaten hergestellt. Generell sollte noch angemerkt werden, daß Phosphatdünger chemisch betrachtet "unreine" Produkte sind, was allerdings für die zusätzliche Zufuhr von Spurenelementen von Vorteil ist. Diphosphorpentoxid (P₂O₅) kommt weder in Böden noch in Pflanzen noch in Düngern vor, gilt aber aus historischen Gründen als Bezugsbasis für die Phosphorgehalte. Da die handelsüblichen Phosphatdünger schwer löslich sind und weder Konzentrationsschäden noch Auswaschungen hervorrufen, können sie gut als Vorratsdünger in größeren Mengen gegeben werden.

Das Superphosphat hat seinen Namen aus der Anfangszeit der Mineraldüngung und sollte dessen Überlegenheit gegenüber Roh-phosphat deutlich machen. Der Phosphatanteil dieses Düngers ist zu über 90 % wasserlöslich. Der Dünger ist grau, grob granuliert und wird auf basischen und neutralen Standorten eingesetzt. Der Gehalt an P₂O₅ beträgt 18 %. Als Begleitstoffe enthalten die Dünger, neben Wasser und Oxiden, zu 50 % CaSO₄. Die Umsetzung der wasserlöslichen Phosphate erfolgt über Bildung von Dicalciumphosphat und freier Phosphorsäure zu bodeneigenen Phosphaten, nämlich im neutralen Bereich zu Apatiten und im sauren Bereich zu Eisen- und Aluminiumphosphaten.

Die vereinfachte Umsetzungsformel lautet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ca-phosphat + Phosphorsäure à Ca-dihydrogenphosphat

Thomasphosphat ist ein grauschwarzes Pulver, das in 2%iger Zitronensäure löslich ist, einen P₂O₅-Gehalt von 15 % hat und eine Feinvermahlung besitzt (75 % der Teilchen sind kleiner als 0,16 mm). Anschließende Granulierung wird, wegen zu hoher Wirkungsminderung, unterlassen. Als Calciumphosphat wirkt Thomasphosphat im Boden alkalisch (Begleitstoffanteil von 45 % an CaO) und wird deswegen vor-nehmlich auf sauren Standorten eingesetzt. Zur Umsetzung sei angemerkt, daß aufgrund der Unlöslichkeit in Wasser

Thomasphosphat erst in eine wasserlösliche Form gebracht werden muß, und das bedeutet eine langfristige Wirkung auf den entsprechenden Bestandsflächen.

Zu den weicherdigen Rohphosphaten, die aus Apatit bestehen und deren

"Weichheit" des Gesteins und Feinheit der Mineralkristalle eine ausreichende Mobilisierbarkeit bedingen, gehört der Hyperphos. Sein P₂O₅-Gehalt beträgt 27-32 %, es ist ein graues Pulver (90 % der Teilchen sind kleiner als 0,16 mm), das z.T. gekörnt und in Ameisensäure löslich ist. Wie beim Thomasphosphat liegt der Begleitstoffanteil von CaO bei 45 %. Darum ist die Verwendung, wie beim Thomasphosphat, auf sauren Böden besonders günstig. Die

Mobilisierungsbedingungen des Düngers sind umso besser, je niedriger der pH-Wert, je besser die Durchfeuchtung und je höher die Temperatur ist.

3.3. Kali- und Magnesiumdünger

Kalirohsalze sind durch das Eintrocknen von Meerwasser früherer Ozeane, wie z.B. die Zechsteinmeere, entstanden. Durch diagenetische Vorgänge sind Kaliminerale, nach ihrer Ausfällung zu Gestein, verhärtet. Kalidünger wird schließlich durch Vermahlen oder durch Abtrennung von Begleitstoffen aus natürlich vorkommenden Kalirohsalzen hergestellt.

Kaliumsulfat (K2SO4) ist ein Kaliumdünger, der weiß, wasserlöslich und in granulierter Form besonders schnell wirksam ist. Es weist zu 18 % Schwefel als Nebenbestandteil auf. Es wird vor allem für chloridempfindliche Pflanzen angeboten, wobei der Chlorgehalt 3 % nicht überschreiten darf. Laut

Düngemittelgesetz werden auch die Kali-Magnesium-Dünger (z.B.

Kalimagnesia) zu den Kali-Düngern gerechnet. Im Boden gelangt Kali zunächst in die Bodenlösung und wird dann an den Austauschern sorbiert. Dadurch wird das Kalium gespeichert und ist für die Pflanzen gut verfügbar. Teilweise wird Kalium in die Zwischenschichten der Tonminerale eingelagert und damit immobilisiert. Das vermindert zum einen die Verfügbarkeit von Kalium für die Pflanzen, bedeutet aber zum anderen eine Abpufferung gegen Verluste.

Die Ausgangsprodukte von Magnesiumdünger sind natürlich vorkommende

Mineralien. Sie treten oft, vergesellschaftet mit Kali-salzen, in den

Salzlagerstätten auf und werden durch Lösungsverfahren voneinander getrennt. Die Magnesiumkalke werden aus Mg-haltigem (dolomitischem) Kalk, entsprechend der herkömmlichen Enstehungsweise von Kalken, hergestellt. Kieserit, ein Magnesiumsulfat (MgSO4.H2O) mit einem Magnesiumgehalt von

17 %, ist fein gekörnt und besitzt weniger gute wasserlösliche Eigenschaften. Dennoch wirkt der Dünger recht schnell. Daneben gibt es noch den ForstKieserit, der noch schneller wirkt.

3.4. Stickstoff- und Mehrnährstoffdünger

Aufgrund der Tatsache, daß Pflanzen atmosphärischen Stickstoff nicht direkt aufnehmen können, mit Ausnahme der Knöllchenbakterien in Symbiose mit Leguminosen, bedarf es der Stickstoffdüngung zur Stickstoffzufuhr. Der überwiegende Teil der Stickstoffdünger wird synthetisch aus dem Luftstickstoff über die Ammoniaksynthese hergestellt und im Boden weitgehend zu Nitrat umgewandelt.

Kalkammonsalpeter (auch als KAS abgekürzt) kann nach zwei Verfahren hergestellt werden: Zum einen aus Ammonnitrat (NH₄NO₃), dem in der Schmelze Kalksteinmehl zugesetzt und das hinterher durch unterschiedliche Verfahren granuliert wird und, zum anderen aus Calciumnitrat. Calciumnitrat, das aus der Neutralisation von Salpetersäure mit Kalk entsteht, reagiert mit Ammoniak und Kohlendioxid zu Ammonnitrat und Kalk.

₂HNO₃ + CaCO₃ à Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Ca(NO₃)₂.₄H₂O + ₂NH₃ + CO₂ à ₂NH₄NO₃ + CaCO₃ + ₃H₂O

Kalkammonsalpeter ist demnach eine Mischung aus Ammonnitrat und Kalk mit der Formel

NH₄NO₃ + CaCO₃. KAS enthält heute 27 % Stickstoff, 74 % Ammonnitrat und 36 % Kalk. Es ist ein weißliches Granulat, dessen Stickstoffanteil wasserlöslich ist und schnell und bodenversauernd wirkt. Durch den Kalkzusatz wird die Säurewirkung von Ammonnitrat wieder kompensiert. Nach seiner Ausbringung baut KAS größere Stickstoffmengen in die Rohhumusauflage ein.

Die Dreinährstoffdünger bestehen aus den drei wichtigsten Nähr-elementen für einen Standort. Es gibt sie in fester und flüssiger Form. Der Hauptanteil der Dreinährstoffdünger liegt eindeutig bei den NPK-Düngern, mit zusätzlicher Berücksichtigung des Magnesiums. NPK 12+12+17+2+blau setzt sich wie folgt zusammen, wobei das "blau" für "chloridarm" steht:

N + P₂O₅ + K₂O + MgO + blau

12 + 12 + 17 + 2

Dieser Dünger ist ein graues Granulat, das z.T. staubfrei versiegelt ist. Hergestellt werden NPK-Dünger entweder durch Mischen der Komponenten oder durch einen Säureaufschluß von Rohphosphaten mit Schwefelsäure, Salpetersäure oder Mischsäuren.

4. Ausbringungstechnik von Düngemitteln und deren Auswirkungen auf die Fauna

Mit fortschreitender Technisierung und Rationalisierung gewann die maschinelle Ausbringung von Düngemitteln gegenüber der manuellen Ausbringung an Bedeutung. Die manuelle Ausbringung, d.h. per Hand, wird heute nur noch bei räumlich und sachlich engbegrenzten Projekten der Einzelpflanzenbehandlung angewandt. Für größere Flächen ist ansonsten diese Ausbringungsart unrentabel.

Das Ziel einer effektiven Ausbringung der Düngemittel ist ihre gleichmäßige und lückenlose Verteilung auf eine bestimmte Fläche, damit sowohl ökologische Schäden vermieden werden als auch der Zweck einer Düngung erreicht wird. Im folgenden sollen nun drei technische Verfahren vorgestellt werden, das Verblasen oder Streuen durch erdgebundene Fahrzeuge und das Streuen durch Luftfahrzeuge (Behrndt 1988).

Beim Verblasen werden Blasegeräte auf geländegängige Fahrzeuge montiert und mit dem dabei erzeugten Luftstrom die Düngemittel auf die zu düngende

Fläche verteilt. Dabei werden Weiten von 20-25 m, manchmal sogar 40-50 m, erreicht. Als Material werden getrocknete oder granulierte Dünger verwendet. Als Nachteilig kann dabei zum einen die ungenaue Verteilung auf die Fläche beim Ausblasen, zum anderen die Witterungs- und Windempfindlichkeit des hohen Feinkornanteils staub-förmiger Kalke sein.

Streufahrzeuge, die wegen der Qualitätsmängel der Blasegeräte entwickelt wurden, können im befahrbaren Gelände, mit Ausnahme von Dickungen, überall eingesetzt werden. Auch in bezug auf die Kosten pro ausgebrachter Tonne Düngemittel ist das Streuen positiver als das Blasen zu bewerten. Die Wurfweite bei Streufahrzeugen schwankt zwischen 8-15 m bei erdfeuchten Düngern, während bei Granulaten größere Reichweiten erzielt werden. Nach Behrndt (1988) weisen Granulate infolge des Pralleffektes in dichteren

Beständen eine bessere Verteilung als erdfeuchtes Material auf. Problematisch sind allerdings die daraus resultierende Verdichtung zu befahrender Böden sowie die hinterlassenen Fahrspuren von schweren LKWs. Luftfahrzeuge, entweder als zweimotorige Flugzeuge oder als Hubschrauber, werden bei einer bodenunabhängigen Ausbringung von Düngemitteln angewandt. Sie können Düngemittel in granulierten oder grobkörnigen Form in von Blas- oder Streufahrzeuge nicht zu düngende Dickungen sowie im steileren Gelände ausbringen. Die Ausbringungs-qualität ist als gut zu bezeichnen. Sicherlich ist das Streuen durch Hubschrauber die teuerste Lösung unter den technischen Möglichkeiten und sollte deshalb als Ergänzung und nicht als Ersatz zu den beiden anderen Verfahren angesehen werden (Behrndt 1988).

Bei der Verwendung der richtigen Düngemittelform (Granulat, erdfeuchtes Material oder Staub) sind die Auswirkungen auf Insekten, insbesondere auf Ameisen, Bienen, Raupenfliegen und Lachniden, zu beachten. Interpretationen der Versuchsergebnisse von Winter (1990) ergaben, daß die Sterblichkeit von Ameisen und Bienen nach dem Bestäuben mit gemahlenem Kalk stark anstieg, diese Schädigung nach Verfütterung einer 10%igen Kalk-Zucker-Paste und nach Behandlung mit Granulat jedoch nicht auftrat. Des weiteren wurde ermittelt, daß die Sterblichkeit von Ameisen bei immer feinkörnigerem Dünger zunahm, unabhängig von der chemischen Zusammensetzung der Düngemittel. Das Vorhandensein der Streu ist als Schutz vor dem Kalkstaub für die

Ameisen lebensnotwendig. Diese Erkenntnisse lassen ähnliche Reaktionen anderer Insekten und Gliederfüßler (Spinnen, Tausendfüßler etc.) vermuten. Da die Verfütterung keine negative Auswirkung hat, ist wahrscheinlich von einer mechanischen Schädigung auszugehen. Z.B. könnte eine Folge die Beschädigung von Gelenkflächen sein. Der Feinstaub könnte wie Sand in einem Getriebe wirken und die Gelenke der Tiere schädigen oder das Chitin der Gelenkflächen so aufrauhen, daß die schützende Wachsschicht zerstört wird, und das Tier austrocknet (Buschinger 1990). Winter (1990) spricht darüber hinaus die Möglichkeit einer Verstopfung der Atemwege und die Verschmutzung der Antennen und Mundwerkzeuge an, was zu einer Desorientierung führen könnte. Beweise für die Richtigkeit einer dieser Annahmen liegen aber noch nicht vor. Maßnahmen, die zur Artenverarmung beitragen, sind unverantwortlich. Deswegen ist die Ausbringung staubförmiger Dünge-mittel im Wald mit einer Korngröße unter 0,2 mm während der Vegetationsperiode, von Anfang März bis Ende Oktober, zu unterlassen. Granulate bieten sich deshalb besonders an, weil sie laut Düngemittel- verordnung aus feinem Material hergestellt sein müssen und erst bei Feuchtigkeitseinfluß durch Tau oder Regen am Boden zerfallen dürfen.

5. Diskussion über die Wirkung der Düngemittel

Grundlage für die Bewertung eines Kalkdüngers ist sein Gehalt an basisch wirksamen Stoffen. Das Ziel einer Kalkungsmaßnahme ist in erster Linie die Neutralisation von Säuren, d.h. eine Erhöhung des pH-Wertes, die letztlich nur mit Basen oder Laugen erfolgen kann. Nach Finck (1979) wird der Gehalt an basisch wirksamen Stoffen der unterschiedlichen Kalkdünger mit der einheitlichen Bezugsbasis CaO bewertet, die rechnerisch als Summe aus CaO und MgO ermittelt wird. CaO ist das Anhydrid von Ca(OH)2. Mit der folgenden Formel soll der Neutralisationsvorgang der Säure (H+-Ion) durch die Base (CO32--Ion) veranschaulicht werden.

CaCO₃ + aqua à Ca² + + CO₃² -

CO₃² - + ₂H+ à (H₂CO₃) à H₂O + CO₂

Der pH-Wert steigt nach dieser Reaktion an. Während austauschbares Aluminium und

Mangan fast auf Null absinken, ist oberhalb von pH 6 ein starker Anstieg des austauschbaren Calciums zu verzeichnen (Scheffer/Schachtschabel 1992). Die Menge an austauschbarem Magnesium ist ebenfalls vermehrt. Bei oberflächlicher Kalkzufuhr sind in den ersten Jahren nach der Ausbringung deutliche pH-Wertänderungen nur in den Of- und Oh-Lagen und eventuell im obersten Mineralboden (bis etwa 30 cm Tiefe) erkennbar; dafür hält dieser Effekt aber über Jahrzehnte an. Demgegenüber ist auf durchlässigem Substrat, bei hohen Niederschlägen, mit einer kräftigen Tiefenverlagerung (bis 50 cm Tiefe) von Calcium zu rechnen. Die dadurch bedingte schnelle Ausspülung von Calcium, Kalium und Magnesium führt zu keiner Belastung der angrenzenden Grund- und Oberflächenwässer (Rehfuess 1990). Durch die Abhängigkeit der Neutralisationswirkung basisch wirksamer Stoffe von der Mahlfeinheit und der natürlichen Reaktivität soll aufgezeigt werden, daß die Korngrößenzusammensetzung zum entscheidenden Faktor für die Neutralisationsgeschwindigkeit der Kalke wird. Unter Reaktivität versteht man eine Labormethode (nach Sauerbeck & Rietz) für die Bewertung der Lösungsgeschwindigkeit unter streng definierten Bedingungen. Grundsätzlich geht Weyer (1993) von der Annahme aus, daß die Reaktivität mit zunehmender Oberfläche der Kalke steigt, und daß diese mit höherem Magnesiumgehalt geringer wird. Die Kalkteilchen lösen sich um so schneller auf, je geringer ihr Durchmesser ist. Bezogen auf 1 g Kalkstein nimmt mit kleinerem Durchmesser der einzelnen Teilchen deren Anzahl zu. Dadurch erhöht sich die spezifische Oberfläche und damit auch die lösungschemische Angriffsfläche. Die Säurebindung kann nur an der Oberfläche des Kalksteins erfolgen.

Auf den versauerten Waldböden wird eine Kompensationskalkung von 30-40 dt/ha vorgenommen, um die Säuretoxizität zu beseitigen. Trotz dieser wirkungsvollen Reaktion dürfen von der Kompensations-kalkung keine Wunder in bezug auf die Beendigung des Waldsterbens erwartet werden. Durch die Kalkung verändert sich als erstes der pH-Wert in der organischen Auflageschicht und schafft dadurch ein Milieu, in dem die Lebensbedingungen für die Mikrofauna in der Humusauflage wesentlich verbessert werden. Die Förderung der Bakteriendichte und Atmungsrate wird vermutlich erhöht. Anspruchsvollere Arten, Bodenwühler und Kleinzersetzer vermehren sich und tragen dazu bei, daß die Mächtigkeit des Auflagehumus reduziert und die Of- und Oh-Lagen aufgelockert und dunkler werden. Rehfuess (1990) meint, daß daraufhin in etwa zwei Jahrzehnten aus einem feinhumusarmen und biologisch inaktiven Rohhumus sich ein mullartiger bis typischer Moder entwickeln kann.

Durch die höhere Biomasse wird die Mineralisierung ehemals organischer Substanz beschleunigt. Die Kalkung fördert die Nitrifikation dermaßen, daß Nitrat, das vorher in Form von Stickstoffverbindungen in der Humusauflage festgesetzt war, nun frei-gesetzt wird und somit den Bäumen zur Verfügung steht (Gussone 1984; Ulrich & Wenzel 1988). Edelmann & Schröder (1988) haben bei der Beschreibung der Folgen von Kalkdüngungen im Wald ebenfalls die nachhaltige Wirkung von Kalkdüngern hervorgehoben. So sind, nach ihren Beobachtungen, noch Jahre nach den Düngungsmaßnahmen neben höheren Ca-Vorräten vor allem hohe Stickstoff- und Kohlen-stoffverluste im Auflagehumus zu verzeichnen. Eine pH-regulierende Kalkwirkung konnten sie allerdings nicht mehr eindeutig nachweisen. Die Pufferwirkung ist demzufolge erschöpft, überwiegend Kationsäuren, insbesondere Aluminium, belegen die Austauschplätze und beeinträchtigen dadurch den Vitalitätszustand des Bodens. Um also nachhaltigere Wirkungen zu erzielen, bedarf es immer wieder Nachdüngungen auf den entsprechenden Bestandsflächen. Ein Problem, das auch von vielen Gegnern der Kompensations-kalkung immer wieder angeführt wird, ist die Nitratauswaschung und die Nitratwirkung. Die Nitartauswaschung tritt besonders an den Stellen auf, wo die mobilisierte Elementmenge den Bedarf des Waldbestandes übersteigt oder die Wurzeln der Bäume krank sind. Bei mangelhafter Verwertung von Nitraten wandern diese in tiefere Bereiche des Bodens und gelangen auf diese Weise in das Grundwasser. Für Meiwes & Sauter (1990) verstärken zudem noch umsetzungsbereite Humus-formen, Bestandsauflichtungen und immissionsbedingte Stickstoff-einträge die potentielle Gefahr einer Auswaschung von Nitraten. Sie empfehlen Kalkungen bei mächtigen Rohhumusauflagen, vor allem wenn sie feinhumusarm sind und stark verfilzte Of-Lagen aufweisen. Gussone (1984) geht davon aus, daß bei der Verwendung der richtigen Menge Dünger die Nitratauswaschung nahezu ausgeschlossen werden kann. Er hat errechnet, daß die Düngung von 30-40 dt/ha eines milden Kalkes, dem gleichzeitig etwa 100-120 kg P₂O₅ zugegeben werden, als unproblematisch angesehen werden kann. Die Wirkung des Phosphates fördert das Mikrobenleben und die Bildung stabiler Humusstoffe und beugt damit einer Verlagerung von Nährelementen vor und erhöht die Streuumsetzungsrate.

Hinzugefügt werden sollte noch, daß natürlich die wiederholte Düngung der Waldbestände das Risiko einer Überdüngung bei einer einmaligen Düngung wesentlich verringert. Besonders beachtet werden muß die Frage nach der Mobilisierung von Schwermetallen (z.B. Chrom, Eisen, Nickel, Kupfer, Blei, Cadmium, Zink, Cobalt oder Molybdän) in der Humusauflage, die vom herrschenden pH-Wert abhängig ist. Verallgemeinernd läßt sich sagen, daß mit abnehmendem pH- Wert die Löslichkeit von Schwermetallen zunimmt und in Sandböden die Gefahr der Kontamination von Wässern besteht. Bei höheren pH-Werten können die mobilisierten Schwermetalle in der Humusauflage adsorbiert werden, wobei sie dem Boden nicht entzogen, sondern lediglich in eine physiologische inaktive Bindungsform überführt werden. Kalkungen mit hinzugefügtem Phosphor scheinen daher manchmal als das einzige brauchbare Mittel, um Schwermetall-mobilisierungen zu verhindern bzw. zu stoppen (Ulrich & Wenzel 1988).

Daneben wird durch die Zufuhr von Calcium und Magnesium der Ca² +- und Mg² +-Gehalt in der Bodenlösung und am Bodenaustauscher erhöht. Die Verbesserung der Calcium- und Magnesiumernährung spiegelt sich in der Flora wider. Allgemein kann festgestellt werden, daß durch Kalkungsmaßnahmen das Auftreten feuchtigkeitsliebender, nitrophiler und anspruchsvollerer Pflanzen zu beobachten ist.

Die zusätzliche Nährstoffzufuhr, durch z.B. Superphosphat und Thomasphosphat, hat eine sehr erfreuliche Nebenwirkung: So enthält Superphosphat neben 8 % Phosphor etwa 13 % Schwefel und 20 % Calcium. Thomasphosphat enthält von den praktisch wichtigen Spurenelementen 1-2 % Magnesium und 2-4 % Mangan. Zugleich wird vorherrschender Phosphormangel ausgeglichen behoben und das Aufwachsen von Keimpflanzen begünstigt. Eine artenreiche, üppige Krautschicht liefert große Mengen an sehr leicht zersetzlicher Streu, welche stimulierend auf die Zersetzertätigkeit von Bodenmikro-organismen und Bodenfauna wirkt (Ulrich & Wenzel 1988). Ein weiterer positiver Effekt ist die Kalkwirkung mancher Phosphatdünger auf der Grundlage der basisch wirksamen Stoffe in dem Dünger.

Kalisalze sind chemisch neutral. Zwar wirken sie im Boden schwach versauernd, doch ist diese Reaktion zu vernachlässigen. Für den richtigen

Einsatz der Kalidünger sind die Begleitkationen (Magnesium und Natrium) und die Begleitanionen (Chlorid und Sulfat) und deren jeweilige Wirkungen im Boden besonders zu beachten. Der Magnesium-ernährungszustand von Bäumen ist ein unentbehrlicher Indikator für qualitativ unterschiedliche Immissionen. Die Mg-haltigen Walddünger, wie z.B. Kieserit, mildern immissionsbedingte Ernährungsstörungen von z.B. Fichten erheblich. Aus diesem Grund sollten Mg-haltige Kalke möglichst frühzeitig in jüngeren, nur mäßig geschädigten Bestockungen eingesetzt werden (Fiedler & Jentzsch & Leube & Nebe 1990). Der Ausnutzungsgrad von Kalidüngern entspricht dem der Magnesium-dünger. Magnesiumdünger sind relativ einfach anzuwenden und dringen aufgrund ihrer Art der Wasserlöslichkeit langsam in den Wurzelbereich vor. Die Gefahr einer Überdüngung der Mg-haltigen Dünger ist gering. Wie bei Kalidüngern, so ist auch bei Magnesiumdünger eine Auswaschung unvermeidlich, aber ohne ernstzunehmende Folgen. Magnesiumdünger kommen häufig in Kombination mit Kalkdüngern vor (z.B. kohlensaurer Magnesiumkalk).

Ein Nachteil der Stickstoffdünger ist ihre zu hohe Wirkungs-geschwindigkeit, die dem Wachstumsrhythmus der Pflanzen nicht angepaßt ist. Dadurch werden mehrmalige Düngungen notwendig. Das Problem, welches in diesem Zusammenhang auftritt, ist die Auswaschung des wasserlöslichen Nitrats mit dem Sickerwasser bei gleichzeitiger mangelhafter Verwertung des Nitrats durch die Pflanzen. Daneben sollten aber auch die positiven Wirkungen von Stick-stoffdüngern genannt werden, wie z.B. der zusätzliche Eintrag von Magnesium durch KAS auf der Basis dolomitischer Kalke oder seine alkalische Reaktion im Boden.

6. Zusammenfassung

Kalkungsmaßnahmen sind sicherlich kein Allheilmittel zur Bekämpfung der Neuartigen Waldschäden. Doch gewinnt die Kompensationskalkung als Bodenschutzkalkung seit den besorgnis-erregenden Meldungen Anfang der 80er Jahre vom "Sauren Regen" und dem Waldsterben zunehmend an Bedeutung. Mit der Kompensations-kalkung soll eine Neutralisation der sauren Einträge, in erster Linie SO₂- und NOx-Immissionen von Industrieanlagen und

Verbrennungsmotoren, erreicht werden, um die Säuretoxizität der Waldböden zu vermindern, aber keine Melioration oder Zuwachssteigerung der Baumbestände. In diesem Zusammenhang wird auch auf die Bedenken gegenüber einer Kompensationskalkung eingegangen (Nitratauswaschung).

Vor einer Düngungsmaßnahme wird eine Düngungsdiagnose durchgeführt, die die Düngungsbedürftigkeit des Waldbodens und die Düngungswürdigkeit von Standort und Bestand bewertet. Darüber hinaus werden Düngungsmaßnahmen durchgeführt, um eine Intensivierung des Nährstoffkreislaufes, zusammenhängend mit einer Verbesserung der Ernährungssituation der Bäume durch die Zufuhr der Nährelemente Calcium, Phosphor, Kalium, Magnesium und Stickstoff, zu erzielen. Weitere positive Effekte einer Walddüngung sind die Stärkung der Resistenz gegenüber Streßsituationen sowie die qualitative Verbesserung des Holzwachstums.

Die in der Forstwirtschaft verwendeten Kalkdünger kohlensaurer Kalk, kohlensaurer Magnesiumkalk, Hüttenkalk und Thomaskalk (Konverter-kalk), die Phosphordünger Superphosphat, Thomaphosphat und Hyperphos, die Kaliund Magnesiumdünger Kaliumsulfat und Kieserit und die Stickstoff- und Dreinährstoffdünger Kalkammonsalpeter (KAS) und NPK 12+12+17+2+blau werden mit ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften vorgestellt und ihre Wirkung auf den Waldboden diskutiert.

Die auch für Bodenkundler bedeutsame Frage der technischen Ausbringung von Düngemitteln (Verblasen und Streuen durch erdgebundene Fahrzeuge oder Streuen durch Luftfahrzeuge) wird ebenso beantwortet wie deren Auswirkungen auf die Fauna. Aus den Auswirkungen auf die Fauna wird letztlich die zu verwendende Düngemittelform (Granulat, erdfeuchtes Material oder Staub) abgeleitet.

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