Regionalverbund
Nordostdeutsches Tiefland
im BMBF-Förderschwerpunkt
 “Zukunftsorientierte Waldwirtschaft”
des Programms der Bundesregierung “Forschung für die Umwelt”

Zukunfts-
orientierte
Wald-
wirtschaft

Programm der Bundesregierung

“Forschung für die Umwelt, Teilbereich: Zukunftsorientierte Waldwirtschaft”

Geographischer Projektverbund: Nordostdeutsches Tiefland

Projekt:

Teilvorhabenverantwortlicher: Dr. habil. Siegfried Anders
(Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, Institut für Forstökologie und Walderfassung)

1 Zielsetzung und Arbeitshypothesen

Die Begründung von Mischbeständen und die Umwandlung von Nadelbaum-Reinbeständen in Laub- und Laub-Mischbestände ist eine alte forstpraktische und forstwissenschaftliche Zielsetzung. Sie gewinnt unter den heutigen Bedingungen der Fremdbeeinflussung der Wälder und des andauernden Standorts- und Vegetationswandels in den Wäldern eine zunehmende ökologische und ökonomische Bedeutung.

Im Waldbild der Region zeugen vorhandene Mischbestände von gelungenen Beispielen ihrer Begründung. Sicher vergleichbar viele Misserfolge sind nicht wahrzunehmen, weil die forstliche Bewirtschaftung in diesen Fällen wieder Reinbestände kultivierte.

Überwiegend gründete sich das bisherige Vorgehen der Mischbestandsbegründung auf ein mehr oder weniger empirisches Herangehen aufgrund örtlicher Erfahrungen, z.T. auch auf zufälliges Experimentieren. Als gravierende Kenntnislücke erweist sich der Mangel an quantifizierten Daten über bestehende Beziehungen und Zusammenhänge im Mischbestand, insbesondere über Wechselwirkungen zwischen den Mischbaumarten sowie diesen und dem Standort. Erfahrungen und Beobachtungen belegen, dass von der Mischung standortgerechter Baumarten positive synergistische Wirkungen auf Waldstandort und Waldwachstum ausgehen. Ihre Kenntnis ist für die Standorts- und Waldpflege und die nachhaltige Gewährleistung vielfältiger Waldfunktionen mit hohem Nutzen für Natur und Gesellschaft einsetzbar.

Von nachstehenden Arbeitshypothesen wird ausgegangen:

Im Zuge des Waldumbaus im nordostdeutschen Tiefland kommt dem Kiefern-Buchen-Mischbestand eine herausragende Bedeutung zu. Innerhalb des klimabestimmten Verbreitungsgebiets der Buche bewirkt er auf mittleren und kräftigen Sanden die Überwindung der mit dem Reinanbau der Kiefer verbundenen Standortsdegradation und entfaltet eine umfassende meliorative Wirkung hinsichtlich der hydroökologischen und
trophischen Standortsbedingungen. Die Quantifizierung dieser Wirkungen und die bewusste Nutzung von Mustern der Selbstorganisation in vorhandenen Mischungen beider Baumarten ermöglicht eine standortsspezifische, die jeweilige Feuchte- und Trophieausstattung berücksichtigende Optimierung der über Alter und Bestandesdichte zu steuernden Strukturparameter mit dem Ziel der Schaffung stabiler Bestände, die bei minimiertem Bewirtschaftungsaufwand standortsbezogen höchste Leistungsfähigkeit erwarten lassen.

Obwohl in Mischung im natürlichen Baumarten- und Bestandesspektrum nur von nachrangigem Stellenwert, steht der Kiefern-Buchen-Mischbestand auf geeigneten Standorten für eine ökologisch günstige und ökonomisch vorteilhafte, von der Forstwirtschaft bewusst geschaffene Kunststruktur mit überwiegend positiven synergistischen Wirkungen.

  2 Forschungsansatz

Die Forschungen sollen den ökologischen Nachweis erbringen, dass der aus der Mischung resultierende Synergieeffekt auf Waldstandorte verändernd so einwirkt, dass die Mischungsform Kiefer/Buche auch unter limitierten Bedingungen des Waldwachstums, wie sie im Gebiet durch Niederschlagsarmut und extreme Trockenjahre gegeben sind, ökonomisch gewinnbringend weiter in standörtliche Grenzbereiche ausgedehnt werden bzw. unter sich verschärfenden Umweltbedingungen in den bisherigen Standortsbereichen erhalten bleiben kann.

Für Reinbestände beider Baumarten konnten bei vergleichbaren Niederschlags- und Bodenverhältnissen sehr unterschiedliche Feuchteregime hinsichtlich Oberflächen- und Tiefendurchfeuchtung, im durchwurzelbaren Bodenraum verfügbare Wasservorräte sowie Tiefenversickerung und Grundwasserneubildung nachgewiesen werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Baumarten mit ihren den Standort verändernden Rückwirkungen und den daraus erwachsenden waldwachstumskundlichen Konsequenzen bedürfen indes der wissenschaftlichen Aufklärung.

Im Mittelpunkt unserer Forschungsaktivitäten sollen deshalb die Veränderungen des Wasserhaushaltes im Kiefern-Buchen-Mischbestand im Vergleich zum Kiefern-Reinbestand und die sich daraus ergebenden Konsequenzen stehen. Dabei liegt das Schwergewicht der Untersuchungen in der Nachweisführung, dass durch die beigemischte Buche Höhe und Kontinuität der Wasserversorgung im Vergleich zum Kiefern-Reinbestand positiv beeinflusst werden. Weiterhin wird die Quantifizierung des standortsmeliorativen Effekts der Laubbaum-Beimischung zur Kiefer im hydroökologischen und trophischen Bereich angestrebt. Es soll herausgearbeitet werden, woraus sich dieser ergibt. Dazu ist es erforderlich, jeder in relevanten Parametern untersuchten und unterschiedliche Entwicklungsstadien des Unterbaus darstellenden Versuchsfläche die entsprechenden Parameter eines standortsgleichen, im Oberbestand vergleichbaren Reinbestandes gegenüberzustellen.

Für die Erfüllung des Forschungsziels ist neben der unmittelbaren Zusammenarbeit mit den Teilvorhaben des Waldkunde-Instituts Eberswalde die enge Kooperation innerhalb des regionalen Verbundvorhabens, vor allem mit der BTU Cottbus und der FhG Garmisch-Partenkirchen unabdingbar. Ohne die dort zu erzielenden Forschungsergebnisse kann die angestrebte neue standortsökologische Qualität des Kiefern-Buchen-Mischbestandes nicht umfassend nachgewiesen werden.

3 Angewandte Methoden und Arbeitsplan

Die gegebene Standortsvielfalt zwingt zur Auswahlentscheidung in der Flächenauswahl. Die Untersuchungen werden hinsichtlich der Trophie auf kräftige bis mittlere Sandböden beschränkt. Damit werden Standorte ausgewählt, die natürliche Buchenwälder tragen können.

Im Wasserhaushalt werden durchschnittlich wasserversorgte, terrestrische Standorte im klimatischen Grenzbereich zum Trockengebiet mit Jahresniederschlägen um 580 mm ausgewählt.

Auf standörtliche Vielfalt wird bewusst zugunsten einer stadialen Staffelung in der Altersentwicklung verzichtet. Deshalb wird eine vier Unterbaustadien umfassende Versuchsflächenreihe angelegt, d.h. bei gegebenem Kiefern-Oberstand im Alter zwischen 30 und 100 Jahren sind jeweils unterschiedlich alte, geschlossene Buchen im Unter- oder Zwischenstand zwischen Alter 2 und 70 vorhanden.

Standortsgleich und in unmittelbarer Nähe dazu, also unter klimatisch und immissionsökologisch identischen Bedingungen, befinden sich die im Forschungsansatz begründeten Reinbestands-Vergleichsflächen.

Die zur Anwendung kommenden Methoden werden von konkreten Fragestellungen abgeleitet:

Fragestellung

Wie wirkt die Struktur des Kiefern-Oberstandes auf Höhe und Verteilung des Unterkronenniederschlages?

Lösungsansatz/Methode

Erfassung von Strukturkennwerten des Ober- und Unterbestandes

• Lagekoordinaten der Stammachsen
• Baumdimensionen (Durchmesser, Höhe, Kronenansatzhöhe)
• Kronenprojektionen zur Ermittlung des Standraumes und der Kronenschirmfläche
• Kronenvolumen
• Kronentyp
• Ermittlung der Laub- und Nadelmengen über Streufänge zur Abschätzung der Interzeptionsverdunstung

Wie erfolgt die Entwicklung des Oberbodenzustands und der Durchwurzelung im Stamm- und Zwischenstammbereich in den verschiedenen Entwicklungsstadien des Unterbaus?

Lösungsansatz/Methode

Es wird davon ausgegangen, dass sich im Mischbestand strukturell unterschiedliche Teilareale herausbilden, in denen auch eine unterschiedliche Entwicklung des Oberbodenzustandes und der Durchwurzelung feststellbar ist. Zum Nachweis dafür werden erfasst:

* Bodenform und –typ für den Gesamtbestand

Bodenprofilaufnahme auf allen Versuchsflächen nach Kartieranleitungen
 (KA 4 = Bodenkundliche Kartieranleitung, 4. Auflage 1994;
 SEA = Standortserkunderanleitung 1995)

* Bodenchemischer Zustand für den Gesamtbestand und die strukturell unterschiedlichen Teilareale

CNS-Analyse, Bestimmung der effektiven Kationenaustauschkapazität und   Gesamtaufschluss von horizontgerecht entnommenen Proben aus der    Bodenprofilwand (Auflagehorizonte bis 2m Tiefe)

CNS-Analyse, Bestimmung der effektiven Kationenaustauschkapazität und   Gesamtaufschluss von Oberbodenproben (0-5cm) strukturell unterschiedlicher   Teilareale

* Humusmächtigkeiten, –vorrat und -zustand für den Gesamtbestand und die strukturell unterschiedlichen    Teilareale

Ermittlung bestandesrepräsentativer und kleinstandörtlicher Unterschiede zu   den Humusparametern: morphologische Humusform, Mächtigkeit,    Nährelementgehalt und Vorrat (CNS-Analyse, effektive      Kationenaustauschkapazität, Gesamtaufschluss)

Entnahme von Wurzelproben mit Wurzelbohrer (d=8cm, t=70cm) aus  strukturell unterschiedlichen Teilarealen an vier jahreszeitlichen Terminen

Trennung nach Wurzelarten und Durchmesserklassen

Ermittlung der Wurzellänge und des absoluten Trockengewichtes (105°C)

Modellierung der Durchwurzelungsverhältnisse anhand oberirdischer  Strukturen (Mischungsverhältnis, Stammabstand, Kronenausdehnung...)

* Dynamik des Wurzelwachstums und -umsatzes

Vergleich der Bio-Nekromasse-Verhältnisse der verschiedenen     Entnahmetermine mit dem Wurzelbohrer (s.o.)

Horizontweise Ermittlung des Einwuchses von Kiefern- und/oder     Buchenwurzeln in verfüllte Bohrlöcher (d=8cm, t=70cm) in Rein- und    Mischbeständen (Ingrowth cores-Methode, Inkubationszeit: 2 Jahre)

Ermittlung der artspezifischen, jahreszeitlichen und kleinstandörtlichen    Unterschiede des oberflächennahen Feinwurzelwachstums in einem    Mischbestand mit Wurzelnetzen (d=3cm, t=15cm, Dauer: 1 Jahr,     Inkubationszeit: jeweils 2 Monate)

Kiefern- und Buchenwurzelabbauversuche in drei Bodenhorizonten  strukturell unterschiedlicher Teilareale eines Mischbestandes (Minicontainer  nach EISENBEIS)

Fragestellung

Welche Synergismen bestehen hinsichtlich des Wachstumsverhaltens der Kiefer und Buche bei unterschiedlichem Alter des Buchenunterstandes?

Lösungsansatz/Methode

• Holzmesskundliche und wachstumskundliche Untersuchungen (Höhe, Durchmesser, Stammzahl, Grundfläche, Formigkeit)
• Stammanalysen zur Darstellung von Wachstumsverläufen und zur Erfassung der oberirdischen Nettoprimärproduktion an Baumholz

• Gewinnung von Bohrkernen zur Erstellung von Jahrringzeitreihen
• Anwendung statistischer Methoden zur Analyse der Witterungs-Wachstums-Relationen
• Untersuchung des intraannuellen Gangs des Durchmesserwachstums über Zuwachsfeinmessungen
• modellhafte Darstellung der Zusammenhänge zwischen Witterungsfaktoren, Bodenwasserverfügbarkeit und Wachstumsreaktion

4 Angestrebte Ergebnisse

- Quantifizierung der mit dem Unterbau der Buche unter Kiefer einhergehenden ökologischen Veränderungen hinsichtlich

• Niederschlagsmenge und -verteilung am Waldboden
• Auflage-, Ober- und Unterbodendurchfeuchtung
• Humus und Oberboden
• Wurzelwachstum und -verteilung
• bestandesinternem Mesoklima
• biologischer Vielfalt

- Quantifizierung der Veränderung von Potentialen des Kiefern-Buchen-Mischbestandes gegenüber dem Kiefern-Reinbestand bzw. dem Buchen-Reinbestand bezüglich

• Waldwachstum (Assimilationsorgane, Holz, Wurzeln)
• Grundwasserneubildung
• Emission klimarelevanter Spurengase
• ober- und unterirdischer C-Bindung und -Speicherung

- Nachweis der wechselseitigen Beeinflussung von Standort und Bestand

- Bereitstellung von Eingangsdaten zur Modellierung des Wachstums von Mischbeständen

- Ableitung von praxisverwertbaren Maßregeln

• zu standortsbedingten Möglichkeiten und Grenzen des Buchen-Unterbaus unter Kiefer
• zur Begründung und Behandlung von Buchen-Unterbauten unter Kiefer hinsichtlich Ober- und Unterbestandesdichte und -verteilung