02 – Pretzsch

Nährstoffentzüge durch die Holz- und Biomassenutzung in Wäldern. Teil 1: Schätzfunktionen für Biomasse und Nährelemente und ihre Anwendung in Szenariorechnungen. Den Hintergrund für die vorliegende Untersuchung bilden die gegenwärtige Zunahme von Holz- und Biomassenutzung aus Waldökosystemen und das damit verbundene Risiko einer Nährstoffverarmung. Um Exporte von Biomasse und Nährelementen besser einschätzen und planen zu können, wurden Funktionen für die Schätzung der Biomasse- und Nährstoffkonzentration in Bäumen für die Baumarten Fichte, Kiefer, Douglasie, Buche und Eiche entwickelt. Durch Koppelung der Funktionen an ein Einzelbaummodell werden Szenarioanalysen möglich. Zur Analyse von Biomasse- und Nährelementkonzentrationen wurden insgesamt 852 Bäume in Rheinland- Pfalz (n=534) und Bayern (n=318) geerntet. Die Probebäume decken ein breites Spektrum von armen bis fruchtbaren Standorten und von jungen bis alten Waldbeständen ab. Die Messungen schlossen Variablen auf Baumebene (Stammdurchmesser, Baumhöhe, Höhe des Kronenansatzes) und auf Organebene (Astposition, Astdurchmesser, Astlängen) mit ein. Es wurden für unterschiedliche Kompartimente (Stamm, Krone, Äste, Zweige, Rinde, Nadeln) Biomassenproben genommen, und zwar separat für Durchmesser unter und über 7 cm, und ggf. getrennt für Splint- und Kernholz. Für die Proben wurden die Trockenmasse und die Elementgehalte an C, N, P, S, Ca, Mg, K, Al, Fe, Mn, Cu, Zn, und B bestimmt. Die Resultate wurden für die Entwicklung von artenund kompartiment-spezifischen Modellen für die Schätzung der Biomasse- und Nähr elementkonzentrationen in Abhängigkeit von dendrometrischen Variablen verwendet. Im vorliegenden Aufsatz werden diese für ein breites Spektrum von Baumgrößen (d1.3=8 bis 75 cm, h=10 bis 40 m) gültigen Funktionen erstmals publiziert. Sie differenzieren zwischen unterschiedlichen Baumkompartimenten und die Elementkonzentrationen sind darüber hinaus standortspezifisch. Durch Kopplung dieser Funktionen an den Waldwachstumssimulator SILVA wurden die Effekte der Standortbedingungen, Baumart und Ernteintensität mit Hilfe von Szenariorechnungen beispielhaft abgebildet. Die Szenarien quantifizieren die mittleren jährlichen Exporte an Biomasse und Nähr - elementen (t ·ha–1 ·a–1) durch Einbeziehung aller Vornutzungen sowie der Endnutzung. Sie erbrachten unter anderem folgende Resultate: (i) Das standörtliche Substrat hat kaum einen Einfluss auf den Biomasseexport, dagegen steigt der Nährelementexport, aufgrund der höheren Nährelement - gehalte, von armen zu fruchtbaren Standorten signifikant an. (ii) Selbst bei standörtlich gleichem Substrat steigen Biomasse- und Nährelementexport mit Verbesserung der Wasserversorgung aufgrund des rascheren Wachstums um bis zu 30% an. (iii) Biomasse- und Nährelementexporte sind am niedrigsten für Kiefer und Eiche und am höchsten für Douglasie und Fichte. Die Douglasie sticht heraus durch besonders hohe Biomasseproduktion aber durch geringe Gehalte an K, Ca und Mg. Die Buche dagegen weist mäßiges Wachstum aber bemerkenswert hohe K- und Mg-Konzentration auf. (iv) Beim Übergang von Derbholz- zu Vollbaumnutzung steigt der Biomasseexport nur um 10% bis 25%, der Nährelementexport dagegen um 150% bis 200% an, denn die exportierten Wipfel, Äste, Zweige und Nadel haben besonders hohe Nährelementkonzentrationen. (v) Da der Anteil letztgenannter Kompartimente mit Zunahme von Baumgröße und Bestandesalter abnimmt, sind die Nährelementexporte pro Einheit Biomasse in Altbeständen wesentlich geringer als in der Jugend - phase. Die Diskussion unterstreicht die breite Gültigkeit und hohe Flexibilität der Biomassen- und Nährstoff-Modelle. Über existierende Modelle gehen sie in mehreren Eigenschaften weit hinaus: Sie sind unabhängig vom Baumalter, verwenden Kronendimensionen zusätzlich zum Baumdurchmesser, sind standortspezifisch und spiegeln damit die jeweiligen standorttypischen Nährstoffkonzentrationen im Baum wider. Inwieweit der Biomasse- und Nährstoff-Export in die Input /Output Bilanzen auf Bestandesebene einfließt und, dass bereits moderate Exporte zu kritischen Versorgungslagen an Ca, Mg und K führen können, wird exemplarisch für einen nährstoffarmen Standort und verschiedene Ernteintensitäten gezeigt. Der Transfer der Ergebnisse in die Forstplanung und das praktische Management erfolgt auf drei Wegen. Zum einen werden Biomasse- und Nährelementgehalte auf Baum- und Bestandesebene in Tabellen zusammengefasst. Außerdem werden durch ein computer-basiertes Entscheidungsunterstützungssystem Abfragen zu den Biomasse- und Nährstoffexporten ermöglicht. Das gelingt durch ein DSS in dem die Ergebnisse von mit dem Wuchsmodell SILVA erstellten Szenariorechnungen festgehalten und die Abhängigkeiten der Exporte von Baumart, Wuchsbedingungen, Entwicklungsphase des Bestandes und Bewirtschaftungsintensität abrufbereit gehalten werden. Schließlich werden thematische digitale Karten bereitgestellt, die unter anderem Import, Export und Bilanzen für die wichtigsten Nährelemente für die forstliche Praxis und die Forsteinrichtung enthalten.