Dynamische Modellierung des Stoffhaushalts an Level II Standorten

Forschung

Innerhalb der UN/ECE Convention on Long Range Transboundary Air Pollution (CLRTAP) wurden und werden Critical Loads als effekt-, ökosystem- und elementspezifische Wirkungsschwellenwerte mit den aktuellen Depositionen von Schwefel, Stickstoff oder Schwermetallen verglichen, um notwendige Emissionsminderungsmaßnahmen abzuleiten.

Hierbei ist der Critical Load für eutrophierenden Stickstoff definiert als die Stickstoffmenge, die nach heutigem Wissen Funktion und Struktur von Ökosystemen nicht nachteilig beeinflusst und derjenige für Säureeinträge als versauernde Stoffeinträge. Nach Erfolgen bei der Minderung von Schwefelemissionen, in geringerem Umfang auch bei Stickstoffemissionen muss zunehmend danach gefragt werden, mit welchem Zeitverhalten Ökosystemreaktionen auf diese veränderten Bedingungen erfolgen. Entscheidungshilfen liefern hierzu dynamische Modelle, deren Bedeutung durch nebenstehende Graphik verdeutlicht werden soll. Werden die Critical Loads durch die Deposition überschritten (linker [grauer] Teil der Graphik, rote [obere] Linie), ist zumindest ein Teil der Ökosysteme zunächst in der Lage, diese Depositionen mehr oder weniger lange zu kompensieren. Die chemische (z.B. Verhältnis von Aluminium zu Basenkationen in der Bodenlösung; blaue [mittlere] Linie) und die biologische (braune [untere] Linie) Reaktion des Ökosystems, die sich in einer Verschlechterung ökosystemarer Kennwerte im Vergleich zu den ökosystemspezifischen Critical Limits bemerkbar macht, treten erst mit Verzögerung auf.

Dieser Zeitversatz (linke graue Balken) wird Damage Delay Time (DDT) genannt. Sinken die Depositionen infolge von Emissionsminderung wieder unter die Critical Loads (rechter [grauer] Teil der Graphik), wurde in der Vergangenheit von einer wiederum mit Zeitversatz erfolgenden Erholung der Ökosysteme ausgegangen (Recovery Delay Time (RDT)). Zur Prognose dieser zeitabhängigen Reaktion des Ökosystems auf Emissionsminderungen – hier ist insbesondere die RDT von Interesse – ist der Einsatz dynamischer Modelle unverzichtbar. Erste Untersuchungen auf Basis dynamischer Modellierungen und unter Einbeziehung der im Göteborg-Protokoll der CLRTAP für das Jahr 2010 festgelegten Emissionsminderungen zeigen nämlich, dass in Deutschland nur wenige, sehr gut gepufferte Standorte entsprechende Regenerationspotentiale aufweisen, dass jedoch an diesen Standorten die ursprünglichen Niveaus nicht wieder erreicht werden. An Standorten mit geringeren Erholungspotentialen hingegen werden voraussichtlich auch bei Realisierung der Vorgaben des Göteborg-Protokolls international anerkannte Wirkungsschwellenwerte (z.B. pH-Wert oder das Konzentrationsverhältnis zwischen Basenkationen und Aluminium) teilweise deutlich auf lange Sicht (mehrere Jahrhunderte) überschritten. Solche Szenarien liefern wichtige Erkenntnishilfen, die im Rahmen umwelt- und forstpolitischer Entscheidungsfindung zur Klärung folgender Fragen eingesetzt werden können:

  • Auswirkungen der Schadstoffminderung bis zum Jahr 2010 nach den Plänen der UN/ECE (CLRTAP, Göteborg-Protokoll) und der EU (6. Umweltaktionsprogramm, NEC-Richtlinie) auf die Waldökosysteme;
  • Lokalisierung von sensitiven Flächen (erholungsfähige bzw. Risikoflächen) und Ableitung gegebenenfalls weiterer Emissionsminderungsmaßnahmen
  • Bestimmung des Zeitpunktes bzw. der Bedingungen für den Übergang zur ökologischen Stabilität des Systems (Recovery Delay Time (RDT));
  • Entscheidungshilfe zu Kalkungsmaßnahmen zur Überbrückung ökosystemar-kritischer Zeiträume und Modellierung ihrer Wirkung auf die Regenerationspotentiale;
  • Einfluss des ökologischen Waldumbaus (Bestockungsumbaus) und verschiedener Bewirtschaftungsformen (z.B. Kahlschlag) und –Intensitäten auf die Nachhaltigkeit der Waldökosysteme.



Zum Projektbericht (pdf-file, 1,5MB)

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