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“Forschung für die Umwelt, Teilbereich: Zukunftsorientierte Waldwirtschaft” Geographischer Projektverbund “Nordostdeutsches Tiefland”Projekt: Vergleichende humus-, wurzel- und mykorrhizaökologische Untersuchungen zum Umbau von Nadelholzbeständen in naturnahe Laubwaldrein- und -mischbestände des Nordostdeutschen Tieflands (Förderzeichen 0339754)
Förderzeitraum: 01.06.2000 bis 31.05.2003
Projektleitung:
Prof. Dr. R. F. Hüttl (BTU)Projektkoordination: Dr. Oliver Bens (BTU)
Projektbearbeitung: Dr. Oliver Bens; Humusökologie (BTU)
Institutionen:
Lehrstuhl für Bodenschutz und Rekultivierung Postfach 10 13 44 03044 Cottbus
Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse und Beschreibung der ökologischen Effekte des Umbaus von
Kiefernforstökosystemen in Buchen-Kiefern-Mischbestände. Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen traditionell bewirtschaftete Kiefernforste, unterbaute Kiefernbestände sowie Buchenaltbestände nach Kiefer im Vorbestand
als die in diesem Kontext relevanten Bestandesphasen bzw. waldbaulichen Alternativen vergleichend untersucht werden. Für die in Kooperation mit der BFH Eberswalde ausgewählten Versuchsflächen im
Nordostdeutschen Tiefland werden die für eine Bewertung von bestandes- und bodenökologischen Parametern wichtigen Kennwerte der Wurzelverteilung, Wurzelwuchsdnamik, Mykorrhizierung sowie Humusverteilung, -morphologie
sowie -chemie gekennzeichnet und ihre funktionelle Bedeutung durch prozeßorientierte Forschungsansätze geklärt. Das Vorhaben gliedert sich in drei Teilprojekte,
die organisatorisch und methodisch eng verknüpft die Teilgebiete organische Bodensubstanz/Humusökologie (Teilprojekt 1), Dynamik und Leistung des Wurzelwachstums/Wurzelökologie (Teilprojekt 2) sowie Diversität und
Leistung von Mykorrhizen/ Mykorrhizaökologie (Teilprojekt 3) untersuchen. Das Vorhaben ergänzt die im Rahmen des Programms der
Bundesregierung "Forschung für die Umwelt - Zukunftsorientierte Waldwirtschaft" durchgeführten Untersuchungen zur Erarbeitung ökologischer und naturschutzfachlicher Grundlagen und zur Ermittlung der
ökologischen Grenzen der Anbauwürdigkeit von Buche beim Waldumbau von Kiefernreinbeständen im Nordostdeutschen Tiefland. Die Untersuchung der umbaubedingten Veränderung von Humuszustand und Humusform, der Konkurrenz
bzw. Komplementarität von Wurzelsystemen der im Mischbestand wachsenden Baumarten sowie der damit einhergehenden Veränderung von Ökologie und Artenspektrum der Mykorrhizapartner ist für eine schlüssige Beurteilung der
ökologischen Folgewirkungen des Waldumbaus auf den Boden-/Humuszustand, den Bodenwasserhaushalt, den Nährstoffkreislauf und die Standortproduktivität zwingend. Die Ergebnisse liefern Einblicke in die Anpassungsfähigkeit
der im Mischwald vereinten Baumarten und die möglichen synergistischen Effekte bei der Nutzung des standörtlichen Potentials. Im Einzelnen werden dazu an
unterschiedlich umgebauten Kiefern- und Buchenreinbeständen und –mischbeständen in den Revieren Kahlenberg und Liepe die folgenden Untersuchungen durchgeführt: Teilprojekt 1: Organische Bodensubstanz/HumusökologieHypothesen: Durch den Waldumbau
entstehen kleinräumig variierende Strukturen, die den Humushaushalt mit Blick auf Vorrat, räumliche Verteilung (in Streuauflage und im Mineralboden) und Beschaffenheit beeinflussen. Der Humus unterliegt im Zuge seiner
Entwicklung diagnostischen morphologischen und stofflichen Veränderungen, die sich als Folge der Umsatzleistung am Standort, der Stoffeinträge durch Deposition, der Bestandesstruktur, sowie der Bewirtschaftungsmaßnahme
Waldumbau ergeben. Dementsprechend ist die Humusform das Ergebnis aktueller Standorteigenschaften und Bewirtschaftungsmaßnahmen sowie darüber hinaus vergangener Einflüsse, wie u.a. der Nutzungshistorie .
Es wird die zentrale Hypothese zugrundegelegt, dass die Humusform die Funktion eines integrierenden Indikators für die Beurteilung des Entwicklungszustandes des Bodens bzw. des Stoffhaushalts von (umgebauten) Forstökosystemen besitzt.
Ziele: Übergeordnete Ziele des Teilprojektes sind, in unterschiedlich umgebauten Rein- und Mischbeständen (Buche/Kiefer) des Nordostdeutschen Tieflandes, das (1) Aufklären der Auswirkungen von
Umbaumaßnahmen auf den Humushaushalt und die im Humus gespeicherten Nährstoffe, (2) Beschreiben und Erklären der Entwicklung des Humushaushaltes und (3) Klassifizieren von Humusformen als wichtige Kenngröße der
Pedogenese. Zudem wird die Eignung der Humusform als Indikator für den Entwicklungszustand des Bodens und des Stoffhaushalts umgebauter Standorte untersucht und charakterisiert. Methoden: Zustand
und Veränderung von Humusformen sollen anhand morphologischer und strukturchemischer Merkmale der organischen Substanz charakterisiert werden. Dieses erfolgt mit Hilfe moderner Analysemethoden (Mikroskopie, 13
C-NMR-Spektroskopie, AAS, ICP). Auf der Grundlage von Stoffgehaltuntersuchungen werden kompartimentspezifische Bilanzierungen zur Aufklärung der Bedeutung des Humus als Langzeitspeicher an den Standorten vorgenommen.
Zudem wird vergleichend die Reaktivität organischer Substanz (Mineralisierungsgeschehen und Stofffreisetzung) im Zuge von Inkubationsexperimenten ermittelt. Darüber hinaus werden neue Ansätze zur Untersuchung der
organischen Bodensubstanz mit Blick auf ihre Bedeutung für den Wasserhaushalt an Forststandorten entwickelt. Besonderes Augenmerk gilt der Infiltration und der Wasserspeicherung. Erwartete Ergebnisse:
Es wird erwartet, dass die Untersuchungen Hinweise zur Verteilung, Beschaffenheit und stoffhalterischen Bedeutung von Humus an umgebauten Forststandorten liefern. Ferner wird mit einer Veränderung der
Humusformen beim Vergleich von Rein- und Mischbestand gerechnet. Durch die strukturchemische und morphologische Analyse organischer Bodensubstanz sowie durch die Bilanzierung von Stoffvorräten auf der Basis von
Elementgehaltsbestimmungen werden Aussagen zur Dynamik des Stoffhaushalts umgebauter Bestände möglich. Die Kenntnis der ökologischen Bedeutung von Humusformen und der Entwicklungsdynamik bei der Bildung von Humusformen
stellt die Bewertungsgrundlage für ökologische Folgewirkungen auf Boden-/Humuszustand, Bodenwasserhaushalt und Nährstoffkreislauf und somit auf die Standortproduktivität dar. Dieses bildet die Grundlage, die Humusform
als integrierenden Indikator zur Beurteilung des Entwicklungszustandes des Bodens bzw. des Stoffhaushalts von Forstökosystemen zu nutzen. Die Kenntnis der Indikatorleistung ermöglicht auch die Beurteilung anderer
gestörter Forstökosysteme, z.B. im Bereich forstlich rekultivierter Bergbaustandorte oder im Bereich aufgeforsteter ehemaliger Ackerstandorte. Teilprojekt 2: Dynamik und Leistung des Wurzelwachstums/WurzelökologieHypothesen: Für
grundwasserferne Standorte des Nordostdeutschen Tieflands wird vermutet, dass sich im Zuge des Umbaus von Kiefernrein- in Buchen/Kiefern-Mischbestände mehrschichtig strukturierte Wurzelsysteme entwickeln und dadurch die
Bodenwasservorräte der zumeist sandigen Substrate komplementär genutzt werden. Es wird erwartet, dass sich hieraus verbesserte bestandesklimatische Bedingungen entwickeln und damit das Trockenstressrisiko in
Mischbeständen gesenkt wird. Ziele: Ziel der wurzelökologischen Untersuchungen ist es, die baumartspezifische zeitliche und räumliche Variabilität des Wurzelwachstums in
unterschiedlichen Stadien des Umbaus von Kiefern- zu Buchenmisch- bzw. –reinbeständen zu kennzeichnen. Die Untersuchungen gliedern sich in die folgenden Ansätze: Kontinuierliche Erfassung der Wachstumsrhythmik: In Misch- und Reinbeständen soll mit Hilfe der Minirhizotronen-Technik das Wachstum von Feinwurzeln in vertikaler und
horizontaler Richtung kontinuierlich erfasst und mit den zeit-räumlichen Veränderungen des Bodenwassergehaltes in Beziehung gesetzt werden. Es soll geprüft werden, ob Wurzelsysteme in Mischbeständen miteinander in
Konkurrenz stehen oder ob Unterschiede in der Tiefenfunktion auf eine komplementäre Nutzung des standörtlichen Potentials hindeuten. Darüber hinaus wird geprüft, ob das Vermögen zur Durchwurzelung tiefer Bodenhorizonte
baumartenspezifisch variiert und ob es im Zuge von Austrocknung und Wiederbefeuchtung Unterschiede im Wachstumsverhalten gibt. Eine Kennzeichnung der Wurzelverteilung bis in größere Tiefen (> 4 m) erscheint hierbei
besonders auf tiefgründigen, grundwasserfernen Standorten des Nordostdeutschen Tieflands im niederschlagsbedingten Grenzbereich des Buchenanbaus von besonderer Bedeutung zu sein.Ermittlung der Lebensspanne von
Wurzeln: Durch Einsatz von Minirhizotronen ist eine optische Erfassung von Bildung, Lebensspanne und Abbau von Feinwurzeln möglich. Entsprechende Ergebnisse ermöglichen eine Überprüfung der zumeist auf inventorischen
Erhebungsmethoden beruhenden Modelle. Beobachtungen zur Lebensspanne von Wurzeln bzw. Mykorrhizen sollen zeigen, wie schnell sich Auf- und Abbau von Wurzeln in Humusauflage, Ober- und Unterboden vollziehen und welche
Bedeutung baumartenspezifische Unterschiede im Wurzelumsatz u.a. für die physiko-chemischen Eigenschaften der organischen Auflage und den gesamten Stoffhaushalt des Ökosystems haben. Durch den Einsatz der
Rhizotronentechnik sind die Vorraussetzungen für ein langfristiges Wurzelmonitoring gegeben. Optimierung bestehender Wasserhaushaltsmodelle: Durch die kontinuierliche Beobachtung des Feinwurzelwachstums ergibt sich
die Möglichkeit, Wechselwirkungen zwischen Wurzelwachstum und Wassergehaltsänderungen des Bodens zu untersuchen. Im Einzelnen, gilt es zu prüfen, welchen Einfluss Wurzelbildung und –aktivität in Phasen zunehmender
Austrocknung bzw. nach Wiederbefeuchtung auf das Bodenmatrixpotential haben. Bei der in sandigen Substraten zumeist erhöhten hydraulischen Leitfähigkeit erscheint es denkbar, dass die Wurzelverteilung sich den
Änderungen des Bodenwassergehaltes zeitlich und räumlich bedingt anzupassen vermag. Da die etablierten Modelle zur Berechnung von Wasserflüssen auf statischen Wurzelverteilungen basieren, soll mit diesem Ansatz versucht
werden, mit Hilfe eines dynamischen Wurzelwachstumsmoduls bestehende Wasserhaushaltsmodell zu optimieren.
Teilprojekt 3: Diversität und Leistung von Mykorrhizen/ MykorrhizaökologieHypothesen: Durch den Waldumbau entstehen kleinräumig
variierende Strukturen, die die biologische Vielfalt der Mykorrhizaformen erhöhen. Mykorrhizaformen unterscheiden sich in ihren ökophysiologischen Leistungen. Die in den ausgewählten Beständen (Rein- und Mischbestände)
auftretenden Mykorrhizaformen sind an die jeweiligen ökologischen Bedingungen des Waldökosystems adaptiert. Dies wird sich in einer Veränderung des Formenspektrums und in einer unterschiedlichen Funktion der
Mykorrhizaformen in Rein- bzw. Mischbeständen ausdrücken. Ziele: Ziele des Teilprojektes sind die Charakterisierung der Diversität, Häufigkeit und Verteilung der Mykorrhizaformen in Rein- und
Mischbeständen (Buche/Kiefer) des Nordostdeutschen Tieflandes und Untersuchungen zu ihrer Funktion. Die unterschiedliche Funktion der Mykorrhizaformen soll durch Nährelementgehaltsbestimmungen erfasst werden. Methoden: Die Mykorrhizaformen sollen anhand morphologischer und anatomischer Merkmale des Hyphenmantels charakterisiert werden. Bekannte Formen können somit identifiziert werden,
unbekannte Formen sollen neu beschrieben werden. Hierzu sollen sowohl Frischpräparate als auch Semidünnschnitte von Mykorrhizaformen untersucht werden. Die Elementgehaltsbestimmungen erfolgen mit Hilfe moderner
Analysemethoden (AAS, ICP, Ionenchromatographie). Erwartete Ergebnisse: Es wird erwartet, dass die Untersuchungen Hinweise zu Konkurrenz bzw. Komplementarität (z.B. Synergieeffekte) von
Wurzel-/Mykorrhizasystemen in Mischbeständen liefern. Ferner wird mit einer Veränderung des Artenspektrums der Mykorrhizaformen und ihrer Ökologie beim Vergleich von Rein- und Mischbestand gerechnet. Durch die
Elementgehaltsbestimmungen werden Aussagen zur Wasser- und Nährstoffaufnahme sowie zur Nährstoffspeicherung möglich. Dies stellt die Bewertungsgrundlage für ökologische Folgewirkungen auf den Boden-/Humuszustand, den
Bodenwasserhaushalt und den Nährstoffkreislauf und somit auf die Standortproduktivität dar. Die Kenntnis der an die jeweiligen Standorte adaptierten Mykorrhizaformen stellt die Voraussetzung für die kommerzielle
Produktion mykorrhizierter Waldbäume für den Waldumbau, die forstliche Rekultivierung ostdeutscher Braunkohlereviere und die Aufforstung von Ackerflächen dar. |
