Kohlenstoffsequestrierung

Steigerung der Kohlenstoffsequestrierung in Waldböden durch gezieltes Totholzmanagement – TotC

Totholz in einem Laubmischwald in Baden-Württemberg

HINTERGRUND

Viele Forstbetriebe und forstliche Zertifizierungssysteme streben eine Erhöhung des Totholzanteils in Wäldern an, vordergründig mit dem Ziel, rechtlich besonders geschützte Arten sowie die Biodiversität zu erhalten und zu fördern. Eine weitere positive "Nebenwirkung" des Belassens von Totholz könnte die Förderung der Kohlenstoffspeicherung in Waldböden sein, ein essentieller Faktor in Bezug auf einen erfolgreichen Klimaschutz.

MOTIVATION

Derartige positive, klimawirksame Effekte auf die Kohlenstoffsenkenfunktion sowie die Treibhausgasemission von Wäldern durch Totholz wurden bisher wenig untersucht. Während sich eine Vielzahl von Studien mit der Zersetzung der abgestorbenen Stämme beschäftigt, ist der Verbleib des aus Totholz freigesetzten und in den Boden transportierten Kohlenstoffs bisher selten erforscht worden. Unzureichende Erkenntnisse gibt es insbesondere zur Standortsabhängigkeit und zu den Einflüssen des forstlichen Managements auf die Speicherung von Kohlenstoff im Boden.

MESSMETHODIK

Auf ausgewählten Untersuchungsflächen werden die Kohlenstoffausträge mit der Bodenwasser- und Gasphase gemessen. Über die Analyse von Bodenaggregaten soll bewertet werden, wie stabil der in den Boden eingetragene Kohlenstoff gespeichert wird und ob dieser Prozess zusätzlich die Speicherung von Wasser und Nährstoffen erhöht. Die Untersuchungsflächen wurden so ausgewählt, dass verschiedene Standortgradienten abgedeckt sind. In einem Mischbestand auf saurem Ausgangsgestein wurde sowohl liegendes Buchen- als auch Fichtentotholz instrumentiert. In einem Buchenbestand auf karbonatischem Ausgangsgestein wurde nur liegendes Buchentotholz untersucht, allerdings auf einem nordexponierten und einem südexponierten Hang. Dadurch wurden bei der Auswahl der Untersuchungsflächen unterschiedliche Versauerungszustände (sauer/karbonatisch), Baumarten (Buche/Fichte) und Wasserhaushaltsbedingungen (Nordhang/Südhang) abgedeckt.

Kontinuierlich erfolgt an den ausgewählten Totholzstämmen eine Bodenwasserentnahme mittels Saugkerzen . In 4-wöchigem Rhythmus werden die Proben entnommen und im Labor der FVA analysiert. Dabei werden neben der Konzentration an gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC – dissolved organic carbon) auch die Nährstoffgehalte im Bodenwasser gemessen. Zusätzlich wird die Zusammensetzung des Niederschlags analysiert, um die Stoffeinträge in den Bestand zu quantifizieren. Durch in den Boden eingebaute Sonden werden alle 30 Minuten sowohl die Bodenfeuchte als auch die Bodentemperatur erfasst. Dabei handelt es sich um Parameter, die viele Prozesse im Boden steuern und daher auch für die Kohlenstoffdynamiken im Boden von großer Bedeutung sind. In regelmäßigem Turnus werden die Kohlenstoffemissionen in Form von CO2 aus dem Totholz erfasst. Diese werden über sogenannte Kammermessungen bestimmt, indem der Anstieg der CO2-Konzentration in einer geschlossenen Kammer über einen gewissen Zeitraum gemessen wird. Über den Anstieg des CO2-Gehaltes und unter Einbeziehung von Luftdruck und Temperatur werden die CO2-Flüsse aus dem Totholz berechnet. An den untersuchten Stämmen wurden ebenfalls Bodenproben entnommen, um den Gehalt an Kohlenstoff in der Bodenfestphase und dessen Stabilität gegenüber Abbau durch Mikroorganismen und Bodentiere zu erfassen. Mit den erhobenen Daten werden abschließend Kohlenstoffbilanzen der untersuchten Stämme erstellt.

Kammermessungen zur Erfassung der CO2-Emissionen aus dem Totholz — Kammermessungen zur Erfassung der CO₂-Emissionen aus dem Totholz

ZIELE

Mit den Ergebnissen von den Untersuchungsflächen prüfte die FVA inwieweit ein gezieltes Totholzmanagement, wie es beispielsweise die baden-württembergische Forstverwaltung im Rahmen ihres Alt- und Totholzkonzeptes verfolgt, positive Auswirkungen auf die Kohlenstoffsequestrierung in Waldböden und die Emission von Treibhausgasen aus Wäldern hat beziehungsweise wie es optimiert werden könnte, um solche Auswirkungen zu erzielen.

Ziel war es nachzuweisen, dass mit einem angepassten Totholzmanagement die Anreicherung organischer Substanz im Boden, aber auch andere Bodenfunktionen wie das Wasserrückhaltevermögen oder der Nährstoffhaushalt, gezielt beeinflusst werden können, damit könnte die Biomasseproduktion erhöht, die Bioturbation angeregt und so der Kohlenstoffvorrat im Boden stabilisiert und nachhaltig erhöht werden. Somit kann der positive Mehrwert bestehender, in der Regel mit Naturschutzzielen motivierter Konzepte zur Totholzanreicherung in Wäldern quantifiziert werden.

Das Teilprojekt an der FVA hatte primär zum Ziel, die Kohlenstoffflüsse in Form von DOC und CO2 im Umfeld liegenden Totholzes zu erfassen und zu quantifizieren. Auf Basis dieser Daten sollte anschließend bewertet werden, inwiefern Totholz diese Stoffflüsse beeinflusst.

ERGEBNISSE UND ABSCHLUSSBERICHT

DOC-Austrag mit dem Bodenwasser

Die DOC-Konzentrationen waren in der Humusauflage am höchsten und nahmen mit zunehmender Bodentiefe deutlich ab (Abb. 1). Unter Totholz lagen die Werte überwiegend über denen der Kontrollflächen, besonders bei Buchentotholz auf dem sauren Standort in der Nähe von Waldkirch (WAL). An den karbonatischen Standorten in der Nähe von Tuttlingen (TUT NE und TUT SW) waren die Unterschiede zwar geringer, jedoch meist statistisch signifikant. Unter Fichtentotholz traten die Effekte weniger stark hervor. Insgesamt weist Totholz klar auf eine Erhöhung der DOC-Konzentrationen hin.

Grafik zur DOC-Konzentration im Bodenprofil: Höchste Werte in der Humusauflage, mit deutlicher Abnahme in tieferen Schichten. Erläuterung im Text. — Abb. 1: Vergleich der DOC-Konzentrationen (x-Achse) unter Totholz und auf den jeweiligen Kontrollflächen in unterschiedlichen Tiefenstufen (y-Achse) (Humusauflage, 15 cm, 30 cm und 60 cm) auf den verschiedenen Versuchsflächen (WAL = Waldkirch, TUT NE = Tuttlingen Nordosthang, TUT SW = Tuttlingen Südwesthang). Signifikante Unterschiede sind durch „*“ gekennzeichnet (ns = nicht signifikant).

CO2-Flüsse aus dem Totholz und totholzbeeinflussten Boden

Die CO2-Flüsse aus dem Totholz, dem totholzbeeinflussten Boden (Randbereich) und der Kontrolle (Kleinstandorte) folgten alle einem ausgeprägten saisonalen Verlauf. In den Sommermonaten traten deutlich höhere Flüsse auf, während im Winter nur geringe Werte gemessen wurden. Besonders im Sommer zeigten sich stärkere Unterschiede zwischen den einzelnen Kleinstandorten, im Winter sind diese an einzelnen Messtagen kaum noch erkennbar, sodass Totholz-, Rand- und Kontrollflächen teilweise ähnliche Werte aufwiesen.

„CO₂-Flüsse aus Totholz, Rand- und Kontrollflächen zeigen einen saisonalen Verlauf: im Sommer hoch und unterschiedlich, im Winter niedrig und ähnlich. — Abb. 2: CO₂-Flüsse (y-Achse) auf den 3 Versuchsflächen an jedem Messzeitpunkt (x-Achse). Die Messungen sind unterteilt nach den Kleinstandorten Totholz, Randbereich und Kontrolle.

Die zusammengefassten CO₂-Flüsse machen zudem deutlich, dass die Unterschiede zwischen den Kleinstandorten standortspezifisch ausfallen (Abb. 3). Auf der Fläche TUT NE lassen sich keine signifikanten Unterschiede feststellen. Auf der Fläche WAL hingegen unterscheiden sich alle Kleinstandorte signifikant voneinander: Die höchsten Flüsse treten über dem Totholz auf, gefolgt vom Randbereich und anschließend der Kontrolle. Auch auf der Fläche TUT SW wurden über dem Totholz signifikant höhere CO₂-Flüsse als auf der Kontrollfläche gemessen. Im Randbereich lagen die Werte ebenfalls über denen der Kontrolle, allerdings ohne statistische Signifikanz. Die erhöhten CO₂-Flüsse im Randbereich stützen die Annahme, dass im unmittelbaren Umfeld von Totholz verstärkte Zersetzungsprozesse ablaufen, die mit einer erhöhten CO₂-Freisetzung einhergehen.

CO₂-Flüsse unterscheiden sich je nach Standort: Auf TUT NE keine signifikanten Unterschiede, auf WAL klare Abstufung mit höchsten Werten über Totholz, gefolgt von Rand und Kontrolle. Auf TUT SW ebenfalls höhere Flüsse über Totholz, Rand leicht erhöht ohne Signifikanz. — Abb. 3: Vergleich der CO₂-Flüsse zwischen den Kleinstandorten (Kontrolle, Totholz, Randbereich) aufgeteilt nach den Versuchsflächen. Signifikante Unterschiede sind durch „*“ gekennzeichnet (ns = nicht signifikant).

Fazit

Totholz wirkt sowohl als bedeutende CO₂-Quelle als auch als relevanter Eintragspfad für DOC in den Boden. Es kann lokal ausgeprägte Bereiche erhöhter biologischer Aktivität hervorbringen – besonders an sauren Standorten und in fortgeschrittenen Zersetzungsstadien. Die Kohlenstoffdynamik wird dabei maßgeblich von Standortbedingungen, Baumart und dem Mikroklima beeinflusst. Der lange Untersuchungszeitraum mit dicht getakteten Messreihen schafft eine verlässliche Grundlage für weiterführende Studien und für praktische Handlungsempfehlungen, um Totholz systematisch in Kohlenstoffbilanzen einzubeziehen.

Gesamtbericht als PDF (4,2 MB) herunterladen