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

Zukunfts-
orientierte
Wald-
wirtschaft

Forschung für die Umwelt, Teilbereich “Zukunftsorientierte Waldwirtschaft”

Geographischer Projektverbund Nordostdeutschen Tiefland

Teilprojekt zum Themenkomplex 1: Ökologische Grundlagen und Folgen des Waldumbaus

Projekt:

Ermittlung der ökosystemaren Potentiale und Grenzen zum Umbau von Kiefern-Reinbeständen durch Voranbau von Buche und Eiche im Nordostdeutschen Tiefland

(Förderkennzeichen : 03 39734)

Förderzeitraum:             01.07.1999 - 30.06.2002

Projektleitung:              Dr. R. Kätzel

                                      Dr. R. Kallweit

Projektbearbeitung       Dr. S. Löffler

        Dipl. Forstw. S. Winter

       Frau M. Zenker

Institution:    Landesforstanstalt Eberswalde

     Abt. Waldökologie

     Alfred-Möller-Str. 1

     16225 Eberswalde

Kooperationspartner (Anm.: außerhalb der BMBF-Finanzierung)

Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung (ZALF)   Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung (PIK)

Forstpolitische und standörtliche Rahmenbedingungen des Waldumbaus

Die bezüglich des Wasser- und Nährstoffhaushaltes in weiten Teilen des Nordostdeutschen Tieflandes besonderen Standortbedingungen und die Vorgaben der Waldbaurahmenrichtlinie des Landes Brandenburg (z.B. kahlschlagsfreie Begründung von Eichen unter Kiefernschirm im Voranbau) setzen der Forstpraxis enge Grenzen für den Waldumbau. Unter diesen Bedingungen gilt es in besonderem Maße die ökosystemaren Potenziale der für den Umbau ausgewählten Kiefernforste und die ökophysiologische Amplitude der vorgesehenen Laubbaumarten (vor allem Eiche und Buche) und somit die Grenzen des Waldumbaus unter den jeweiligen Standortverhältnissen auszuloten.

Bei einer kahlschlagsfreien Waldbewirtschaftung, stellt sich u.a. die Frage, mit welchen waldbaulichen Maßnahmen es gelingt, Nachfolgebestände, deren Baumartenzusammensetzung sich an der natürlichen Waldgesellschaft orientieren soll (z.B. Lichtbaumarten), unter Schirm zu begründen.

Die Dichte des verbleibenden Oberstandes steuert maßgebliche Wachstumsfaktoren wie Strahlung, Temperatur, Wasser- und Nährstoffangebot sowie den Deckungsgrad konkurrierender Begleitflora. Hier zeigen sich wesentliche Steuerungsmöglichkeiten des Waldbaus.

Übergeordnete Zielstellung des Forschungsprojektes

Im Rahmen des Teilprojektes wird in zwei klimatisch differenzierten Gebieten Brandenburgs untersucht, bei welcher Überschirmungsdichte es gelingt, Mischbestände unter Kiefer mit der Lichtbaumart Eiche als auch mit der schattentoleranten Buche sicher zu begründen und welche Verfahren der künstlichen Bestandesbegründung hierfür geeignet sind. Die Untersuchungen sollen ausgewählte Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen dem Begründungserfolg und dem Faktorenkomplex Licht-Temperatur-Wasser-Nährstoffversorgung sowie der Konkurrenzwirkungen der Bodenvegetation im Gradienten der Auflichtung des Oberbestandes aufklären und quantifizieren. Unter Berücksichtigung dieser Systemfunktionen werden Lösungen für waldbauliche Handlungskonzepte bereitgestellt.

Hypothetische Folgewirkungen der Veränderung des Lichtregimes im Bestand

Durch die Reduzierung der Stammzahl des Oberstandes gelangen mehr Licht und Niederschläge in den Bestand. Nach dieser Arbeitshypothese könnte durch die gleichfalls ansteigende Bodentemperatur der Humusumsatz und die Nährstofffreisetzung zunehmen. Ebenso ist auf den für Brandenburg typischen niederschlagsarmen Sandstandorten mit einer verstärkten Bodenaustrocknung zu rechnen, die den Freisetzungsprozessen, zumindest in Trockenjahren, entgegenwirkt. Die Konkurrenz um Nährstoffe und Wasser wird einerseits durch fehlende Bäume des Oberstandes gemindert, anderseits könnte sie durch eine dichte Bodenvegetation, insbesondere durch Vergrasung in Verbindung mit einer erhöhten Mäusepopulation, zunehmen. Verbunden mit Bodenverwundungen wird gleichfalls die natürliche Verjüngung der Kiefer einsetzen, die ebenfalls in Konkurrenz zu den Laubbaumarten tritt und dem Ziel des Waldumbaus entgegenwirkt. Als ebenso negativer Effekt steigt die Frost- und Windwurfgefahr in den aufgelichteten Beständen an.

Fragestellungen des Forschungsprojektes

Aus diesen vielgestaltigen Szenarien ergeben sich für den Waldumbau drei wesentliche Fragestellungen:

1. Wie verändern sich die einzelnen Standortfaktoren unter verschiedenen Auflichtungsbedingungen bzw. Bestockungsgraden?

2. Wie wirken die so veränderten Standortbedingungen auf den Voranbau von Eiche und Buche, d.h. welcher Bestockungsgrad des Oberstandes ermöglicht optimale Entwicklungs- und Wuchsbedingungen für die jeweilige Laubbaumart?

3. Wie wirken sich diese Maßnahmen auf den verbleibenden Kiefernoberstand aus?

Versuchsflächenanlage

Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden unter den Standortbedingungen des nördlichen (Amt für Forstwirtschaft Fürstenberg) und des südlichen (Amt für Forstwirtschaft Lübben) Brandenburgs jeweils innerhalb eines großen Kiefernkomplexes Bäume des Oberstandes so entnommen, dass über die Herabsetzung des Bestockungsgrades von 1,0 auf 0,8, 0,6 bzw. 0,4 ein Auflichtungsgradient entstand. Dieser Bestand wurde reihenweise mit Buchen und Eichen unterbaut. Die Versuchsflächen wurden in enger Zusammenarbeit mit den örtlichen Wirtschaftern vor Beginn des Forschungsvorhabens praxisnah angelegt. In Vorbereitung der Pflanzung wurden einzelne Flächen parzellenweise mit zwei verschiedenen Bodenverwundungsverfahren (Pflug, Fräse) bearbeitet. In einer dritten Variante erfolgte die Pflanzung unmittelbar in den natürlich belassenen Boden (“Hartmann”- Haue).

Untersuchungskomplexe

Untersuchungskomplex 1: Beeinflussung des abiotischen Faktorenkomplexes infolge der Bestandesauflichtung

Untersuchungsziel

Quantifizierung und Bewertung wachstumsbestimmender abiotischer Einflussfaktoren (Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit, Lichtregime, Luft- und Bodentemperatur) in Abhängigkeit des Überschirmungsgrades

Fragestellungen

Wie ändern sich die abiotischen Ökosystemparameter infolge der waldbaulichen Umbauverfahren (differenzierte Entnahme des Oberstandes) und welche Folgereaktionen sind für das Ökosystem zu erwarten ?

Hypothesen

In den stärker aufgelichtete Bestandesteilen treten größere Unterschiede in den witterungsabhängigen Einflussgrößen (Niederschlag, Luft- und Bodentemperatur) und damit höhere Extremwerte auf, was die Gefahr von Früh- und Spätfrösten sowie Trockenstress erhöht. Erhöhte Bodentemperaturen führen zu höheren Nährstoffumsatzraten. Die Vegetationsperiode setzt im Frühjahr zeitiger ein.

Untersuchungsparameter

• Bestandesklima (Luft- und Bodentemperatur, Strahlung)
• Niederschlag
• Bodenfeuchte
• Bodenchemische Kennwerte
• Austriebsbeginn des Voranbaus

Untersuchungskomplex 2: Vitalität und Entwicklungsprognose des Voranbaus (Eiche und Buche) während der Initialphase

Untersuchungsziel

Baumartenspezifische Optimierung der Wachstumsbedingungen für den Voranbau in der Initialphase

Fragestellungen

Wie wirken die veränderten Standortbedingungen auf den Voranbau von Eiche und Buche, d.h. welcher Überschirmungsgrad des Oberstandes ermöglicht optimale Entwicklungs- und Wuchsbedingungen für die jeweilige Laubbaumart?

Hypothesen

Beide Laubbaumarten können das höhere Strahlungsangebot (und die ggf. höhere Nährstofffreisetzung und größeres Wasserdargebot bei Niederschlägen) der stärker aufgelichteten Bestandeskomplexe ab Beginn der ersten Blattentfaltung für höhere Assimilationsraten nutzen. In Verbindung mit einem früherer Blattaustrieb verlängert sich die Vegetationsperiode, was sich in größeren Blattflächen, Baumlängen, stärkeren Wurzelhalsdurchmessern und erhöhten Stärkegehalten in den Wurzeln widerspiegelt und zu einer insgesamt verbesserten Konditionierung des Jungwuchses führt. Für die Buche könnten sich Trockenperioden im Sommer in den stärker aufgelichteten Parzellen negativer auswirken, da die Buche an die Grenze ihres physiologischen Reaktionspotenzials gedrängt wird. Beide Baumarten sind stärkerer Konkurrenz durch den Oberstand (stammzahlreiche Parzellen) und der Bodenvegetation (stammzahlärmere Parzellen) ausgesetzt.

Untersuchungsparameter

• Pflanzenlänge und -zuwachs
• Wurzelhalsdurchmesser
• Vitalität, Anwuchsprozent
• Belaubungsgrad, Blattflächen, Blattgewebedichte
• Photosyntheseaktivität (Chlorophyllfluoreszenz)
• Stärkegehalt der Wurzel
• Nährelementgehalte der Blätter
• phänologische Parameter

Untersuchungskomplex 3: Vitalität und Wachstum des Kiefernoberstandes

Untersuchungsziel

Bewertung der Wachstumsprognose mittelalter Kiefernbestände nach Ertragstafeldaten infolge Reduzierung der Stammzahl

Fragestellungen

Wie wirkt sich die differenzierte Entnahme von Kiefern des Oberstandes auf die Vitalität und den Zuwachs des verbleibenden Bestandes aus?

Hypothesen

Bei geringer Bestandesdichte des Oberstandes sinkt die innerartliche Konkurrenz, was zu einem verstärkten Dickenwachstum der Kiefer, größerer Blattflächenindizes und zunehmender Fruktifikation führt.

Untersuchungsparameter

• Bestandesstruktur (Baumarten, Standortkoordinaten aller Stämme, Luftbilder, Totholz)
• Wachstumsparameter (BHD, Höhe)
• Zuwachsfeinmessungen
• Vitalität nach WSE
• Blattflächenindex (LAI)
• Streufall (Komponenten und Massen)
• Ernährungszustand

Untersuchungskomplex 4: Entwicklung der Bodenvegetation in Abhängigkeit des Überschirmungsgrades

Untersuchungsziel

Bewertung der Konkurrenzwirkung, der Biodiversität und des natürlichen Verjüngungspotenzials der Bodenvegetation in Abhängigkeit vom Lichtregime des Bestandes

Fragestellungen

Wie wirkt sich die unterschiedliche Strahlungsintensität auf die Entwicklung der Bodenvegetation einschließlich der natürlichen Verjüngung von Pionierbaumarten aus?

Hypothesen

Infolge der erhöhten Einstrahlung nimmt die Biomasse der Bodenvegetation zu und tritt in verstärkte Konkurrenz zu den vorangebauten Laubbaumarten. Durch eine stärkere Fruktifikation des Oberstandes ist gleichfalls eine intensive Naturverjüngung (vor allem auf Parzellen mit Bodenverwundung) der Kiefer zu erwarten, die den Hauptzielen des Waldumbaus entgegensteht.

Untersuchungsparameter

• Arten, Deckung
• Biomasse
• Makronährstoffe (nach BOLTE, 1999)

Kooperationen

Für die Interpretation der Ergebnisse können gleichfalls Untersuchungsdaten aus EU-Level II –Dauerbeobachtungsflächen (Kiefernreinbestand und Freifläche) sowie einer etablierten Umbaufläche, die sich in unmittelbarer Nähe der Versuchsanlage befinden, hinzugezogen werden, ohne dass zusätzliche Kosten für den Projektträger entstehen.

Die eingerichteten Versuchsflächen haben auch in anderen Forschungseinrichtungen ein vielfältiges Interesse gefunden, so dass außerhalb des BMBF geförderten Forschungsprojektes spezielle Untersuchungen zur mikrobiellen Aktivität im Boden, zum Bodengaswechsel sowie zum Wasserhaushalt des Kiefernaltbestandes jeweils im Zusammenhang mit dem Überschirmungsgrad stattfinden (ZALF).

Darüber hinaus fließen die Ergebnisse in die Modellierung von Waldwachstumsprozessen unter Klimaänderungen des Potsdamer Institutes für Klimafolgenforschung (PIK) ein.