Boden- und Klimaschutz

Im Mittelpunkt des Arbeitsbereiches „Boden- und Klimaschutz“ stehen Erhebungen zur Bodenbelüftung, zu Befahrungsschäden und deren Regeneration sowie Untersuchungen zu Treibhausgasflüssen und zur Kohlenstoffsequestrierung. Es werden bodenphysikalische Transfer- und Zustandsgrößen für die Parametrisierung von Modellen in den Arbeitsbereichen „Wald und Wasser“ und „Ernährung und Stoffhaushalt von Wäldern“ sowie für die Klimafolgenforschung der FVA bereitgestellt. Hierfür werden Labor- und Feldmethoden, insbesondere im Bereich der Bodenphysik und der Bodengasmessung, weiterentwickelt und standardisiert.

Projekte im Arbeitsbereich

WindWaldMethan

1677 Der Austausch von Methan (CH4) zwischen Böden und der Atmosphäre ist von großer Bedeutung für das Verständnis des CH4-Kreislaufs in Wäldern. Die Quantifizierung dieser CH4-Flussraten erfordert allerdings ein umfassendes Verständnis der komplexen Prozesse, die zur CH4-Konsumption und -freisetzung in Böden beitragen. Mit diesem Projekt wird daher angestrebt, zum besseren Verständnis der CH4-Quellen- und -senkendynamik in Wäldern beizutragen. Mit dem dafür vorgeschlagenen Ansatz werden Methoden, Erfahrungen und Erkenntnisse aus den Bereichen Grenzschichtmeteorologie und Bodenwissenschaften kombiniert, die in vorherigen von der DFG geförderten Projekten entwickelt bzw. gewonnen wurden. Mit seiner wissenschaftlichen Arbeit konnte Dr. Maier nachweisen, dass die CH4-Aufnahme von Waldböden durch den Transport von atmosphärischem CH4 in den Boden limitiert wird. In Zusammenarbeit mit PD Dr. Schindler konnte auch gezeigt werden, dass das mit Luftdruckschwankungen verbundene, sogenannte wind-induzierte pressure-pumping, den Bodengastransport signifikant (bis zu 40 %) erhöhen kann Es wäre also anzunehmen, dass das sogenannte wind-induzierte pressure-pumping substantiell zur Methan-Senkenfunktion von Waldböden beiträgt. Ein Beweis, dass pressure-pumping zu höheren CH4-Oxidationsraten in Waldböden führt, steht aber noch aus. Große Unterschiede zwischen den aufwändigen Feldmessungen und den einfacheren Labormessungen haben gezeigt, dass die künstlichen eindimensionalen Druckoszillationen im Labor den Effekt nur unzu-reichend abgebilden können. Hieraus schließen wir, dass es sich bei pressure pumping um einen 3D Effekt handelt, und laterale Druckgradienten essentiell sind. Auch die Entstehung der Druckfluktuation in der Atmosphäre ist bisher nicht abschließend geklärt. Aus den Ergebnissen der Vorgängerprojekte geht hervor, dass sowohl Bestandeseigenschaften als auch die Orographie einen Einfluss auf die Ausprägung des pressure-pumping haben könnten. Daher soll mit dem angestrebten Fortsetzungsprojekt an verschiedenen Waldstandorten der Einfluss von Bestandeseigenschaften und der Orographie auf das pressure-pumping quantifiziert werden. Ausgangspunkt für die Untersuchungen ist der Standort Hartheim (Ankerstation), an dem aus den Vorgängerprojekten bereits grundlegende Erkenntnisse über pressure-pumping und die CH4-Dynamik des Waldbodens vorliegen. Dort soll mit einem umfangreichen Messprogramm das notwendige Prozessverständnis geschaffen werden. Auf der Basis dieses neuen, verbesserten Prozessverständnisses sollen im Anschluss daran mit einem fokussierten und reduzierten Messprogramm Level2 Standorte ( ICP Forest Programm) der FVA Baden Württemberg beprobt werden. Basierend hierauf, und auf mehrjährigen Datensätzen, die für verschiedene Monitoring-Standorte vorliegen, soll dann die Dynamik der CH4-Flüsse bestimmt werden. 2020 2022 Klimafolgenforschung Boden- & Klimaschutz Boden und Umwelt (Projektleitung Dr. Maier)

Strategie zur aktiven Regeneration von Bodenverdichtung durch Forstmaschinen und zum vorsorgenden Bodenschutz

1434 Projektbeschreibung: Aktuelle Konzepte zum Einsatz von Forstmaschinen sind darauf ausgerichtet, die hierbei entstehenden Bodenschäden auf Feinerschließungslinien zu konzentrieren. Die Weiterentwicklung der Maschinentechnik war daher in den zurückliegenden Jahren darauf ausgerichtet, die technische Befahrbarkeit auf diesen, nicht befestigten Fahrtrassen sicher zu stellen. Die Regeneration und Armierung von Rückegassen durch wurzelaktive Baumarten wie Erlenarten wurde dabei kaum berücksichtigt, da keine allgemeingültigen Strategieansätze für die Forstpraxis vorliegen. Ziel des Teilvorhabens war die Identifizierung der besten Kombination von verschiedenen Techniken zur Regeneration verdichteter Böden, um eine Wiederherstellung der Bodenstruktur zu beschleunigen. Dabei ist das Potential der Baumarten Alnus glutinosa und Alnus incana im Hinblick auf die Unterstützung der natürlichen Regenerationsvorgänge in verdichteten Waldböden abzuschätzen. Hierbei wurde auch die Kombination mit mechanischer Bodenbearbeitung (Mulchen) und Kalkung untersucht. Daneben sollen auch die Effekte auf den Wasserhaushalt bewertet werden. Projektergebnisse: Die Kombination von aktiven Maßnahmen (Bepflanzung, Mulchen, Kalkung) sollte berücksichtigt werden, um die Wiederherstellung der Bodenstruktur eines verdichteten Waldbodens zu beschleunigen. Die Grauerle zeigte dabei eine hohe Anpassungsfähigkeit an verdichtete Böden. Durch das Wachstum des Wurzelsystems auch in verdichteten Bodenbereichen regeneriert sie nicht nur die geschädigte Bodenstruktur, sondern kann unter bestimmten Voraussetzungen auch gegen zukünftige Befahrungsschädigungen im Oberboden schützen. Regenerationseffekte blieben jedoch auf den durchwurzelten Oberboden beschränkt. In den ersten Jahren nach dem Mulchen ist eine Bodenstrukturstörung beobachtet worden, die sich zunächst durch die mechanische Lockerung des oberen Mineralbodens und später durch eine physikalische Wiederverdichtung durch Setzung der Bodenstruktur äußert. Außerdem erfolgt vermutlich direkt während des Mulchens eine Verdichtung tieferer Horizonte durch das Gewicht und die starken Vibrationen der Maschine. Die Zugabe von Kalk in den Boden kann die Diffusion zwischen Boden und Atmosphäre als Folge der Stabilisierung von Bodenaggregaten und Stimulation der biologischen Aktivität verbessern. Die Beschleunigung der Regeneration der Bodenstruktur durch die Kombination verschiedener aktiver Maßnahmen konnte kurzfristig beobachtet werden. Das langfristige Potential dieser Maßnahmen erfordert jedoch weitere Untersuchungen und kann kurzfristig nicht vollständig beschrieben werden. Die Effekte auf den Wasserhaushalt wurden anhand von Feldmessungen und Wasserhaushaltsmodellierungen bewertet. Die Modelle zeigten einen großen Unterschied im Wasserhaushalt zwischen den Fahrspuren und der nicht verdichteten Nullfläche. Unterschiede zwischen der mit Erle bepflanzten Fahrspur und der unbepflanzten Fahrspur wurden jedoch nicht festgestellt. 2015 2019 Nachhaltigkeit messen und bewerten Boden- & Klimaschutz Boden und Umwelt (Durchführung von Messungen, deren Auswertung und Publikation aus dem Befahrungsversuch Merklingen und neu angelegten Versuchsflächen auf alten Erenpflanzungen. Projektkoordination)

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