Nasse Moorböden bestehen zu fast 98 Prozent aus Wasser. Dieser hohe Wasseranteil sorgt dafür, dass in den Mooren über die Jahrtausende viel Kohlenstoff gebunden werden konnte. Werden sie für die landwirtschaftliche Nutzung entwässert, werden große Mengen von Treibhausgasen wieder frei. Auch andere Ökosystem-Dienstleistungen leiden unter der Entwässerung. Wie könnte ein alternatives Wassermanagement für Moorböden aussehen?
Bedeutung des Wassers für Moore
Moore sind eine ökologische Übergangszone zwischen Land und Wasser. Als solche haben sie eine besondere Eigenschaft: Die Pflanzen werden in intakten Mooren nach dem Absterben nicht vollständig von Mikroorganismen zersetzt. Ein Teil ihrer Biomasse wird vielmehr als Torf abgelagert. Voraussetzung dafür ist jedoch ein möglichst dauerhafter, oberflächennaher Wasserspiegel. Dieser sorgt dafür, dass der Boden mit Wasser gesättigt ist und es dadurch zu Sauerstoffmangel kommt. Die organische Substanz wird unter Sauerstoffausschluss, also anaerob, deutlich langsamer und unvollständiger abgebaut als unter aeroben, also sauerstoffreichen, Bedingungen.
Wichtige torfbildende Pflanzen sind Seggen, Schilf, Torfmoose, verschiedene Braunmoosarten und einige Gehölze, insbesondere Erle, Kiefer und Birke. Bei den Gefäßpflanzen tragen vor allem unterirdische Pflanzenteile zur Torfbildung bei. Nach dem Absterben werden sie nicht mehr mit Sauerstoff versorgt. Die oberirdischen Pflanzenteile werden nahezu vollständig mineralisiert. Von ihrem Material bleibt nur wenig im Torf erhalten.
Die meisten der im Moor wachsenden Moosarten hingegen werden unterhalb des Wasserspiegels zu Torf und wachsen nach oben weiter. Dadurch wird der Moorkörper immer mächtiger, um durchschnittlich einen Millimeter pro Jahr. Dieser Prozess setzt sich so lange fort, wie der Wasserspiegel im Moor entsprechend mitwächst, neue Pflanzenreste unter Luftabschluss gelangen und als Torf abgelagert werden. Auf diese Weise haben die Moore weltweit im Laufe von tausenden Jahren enorme Kohlenstoffvorräte angereichert.
Sinkt der Moorwasserspiegel nun aber, etwa, weil das Moor für die Landwirtschaft nutzbar gemacht wird, beginnen aerobe Bakterien ihr Werk: Mithilfe von Sauerstoff bauen sie die gebundenen Kohlenstoffverbindungen ab. Der gespeicherte Kohlenstoff wird als Kohlendioxid freigesetzt. Um beurteilen zu können, welche Auswirkungen eine Trockenlegung oder Wiedervernässung von Mooren auf die Treibhausgasemissionen hat, muss man wissen, wie sich Wasserstand und Kohlenstoffabbau gegenseitig beeinflussen.
Wasserregulation wachsender Moore
Moore brauchen eine möglichst gleichmäßige Wasserversorgung, damit sie wachsen können. Deshalb kommen die allein vom Niederschlag „ernährten“ Hochmoore nur in besonders regenreichen Regionen vor. In Deutschland sind dies Regionen im Nordwesten, die von der eher feuchten Atlantik-Luft profitieren. Aber auch die Höhenlagen der Mittelgebirge, das Alpenvorland und die nördlichen Alpen sind Heimat von Hochmooren.
In Regionen mit geringeren Niederschlägen kommen stattdessen Niedermoore vor. Allerdings können sie nur in solchen Regionen wachsen, in denen es ausreichend Oberflächen- oder Grundwasser gibt. Ein Beispiel: Obwohl die Urstromtäler im Nordosten Deutschlands niederschlagsarm sind, haben sich dort ausgedehnte Versumpfungsmoore entwickelt. Das flache Relief gepaart mit einem hohen Grundwasserspiegel und großen Wassereinzugsgebieten machten es möglich.
Mooratmung als Indiz der Kohlendioxid-Bilanz
Niederschlag, Oberflächen- oder Grundwasser sind nie gleichmäßig verfügbar. Moore haben verschiedene Mechanismen entwickelt, um diesen Schwankungen des Wasserspiegels und dem damit verbundenen Einfluss auf Vegetation und Torf entgegenzuwirken. Sie basieren auf den besonderen Eigenschaften des Torfs und unterscheiden sich je nach Moortyp.
Einer dieser Mechanismen nennt sich Mooratmung: Torf ist eine poröse, elastische Masse, die große Mengen Wasser halten kann. In gering zersetzten Torfen sind bis zu 98 Prozent des Porenraums wassergesättigt. Sinkt der Wasserspiegel, kollabieren die größeren, nun luftgefüllten Poren, das Torfvolumen nimmt ab. Die unterhalb des Wasserspiegels liegenden Torfe sacken unter der höheren Auflast zusammen. Das Ergebnis: Die Mooroberfläche senkt sich. Kommt wieder mehr Wasser im Moor an, füllen und dehnen sich die Poren, die Mooroberfläche hebt sich. Diese Mooratmung wird Oszillation genannt und vermindert die Wasserspiegelschwankungen. In Mooren mit schwimmfähigen Pflanzen und locker gelagerten Torfen, etwa in Schwing- oder Durchströmungsmooren, gewährleistet die Mooratmung stabile Bedingungen für die Torfbildung. Jedoch führt die Belüftung auch zu einer Mineralisierung des Torfs. Dabei wird der gespeicherte organische Kohlenstoff als Kohlendioxid freigesetzt und das Porenvolumen verringert sich dauerhaft.
Aus den Höhenänderungen der Moore wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler künftig Kohlendioxid-Bilanzen ableiten. Dafür werden im Moorbodenmonitoring ungestörte und entwässerte Moore untersucht, um die grundlegenden physikalischen und biologischen Prozesse voneinander trennen zu können.
Neben der Mooratmung wirken weitere Mechanismen zur Wasserregulierung in den Mooren, etwa zur Steuerung von Abfluss und Verdunstung. Die Oberfläche von Torfmoosen beispielsweise wird weiß, wenn Wasser in den Zellen durch Luft ersetzt wird. Dadurch wird mehr Sonnenlicht reflektiert und weniger Wasser verdunstet an der Blattoberfläche. In Hochmooren nimmt die Durchlässigkeit der Torfe von oben nach unten stark ab. Das bewirkt, dass überschüssiges Wasser schnell durch die oberflächennahen, großen Poren zu den Seiten abgeleitet wird. Fällt jedoch in Trockenzeiten der Wasserspiegel in Bereiche mit geringerer Wasserleitfähigkeit, versiegt dieser seitliche Abfluss. Auch Hangmoore und Durchströmungsmoore können seitlich strömendes Oberflächen- und Grundwasser bremsen und damit den Moorwasserspiegel und den Wasserrückhalt in der Landschaft erhöhen.
Wassermanagement in entwässerten Mooren
Die meisten Moore in Deutschland werden für die Landwirtschaft genutzt. Dafür werden sie dauerhaft über Gräben, Schöpfwerke und Kanäle entwässert. In der Folge sinken die Wasserstände in landwirtschaftlich genutzten Moorböden im Sommer tief unter die Geländeoberfläche. Je nach Witterung und Entwässerungssystem können das 60 bis 120 Zentimeter sein. Das macht nicht nur das Wassermanagement aufwändig. Die negativen Folgen für Moor, Wasser und Klima sind gravierend.
Laut Nationalem Inventarbericht emittieren die insgesamt 1,3 Millionen Hektar landwirtschaftlich genutzter, entwässerter Moore in Deutschland jährlich fast 43 Millionen Tonnen Kohlendioxid-Äquivalente. Zudem gelangen große Mengen von Nährstoffen ins Grund- und Oberflächenwasser. Die Fachberatung Wasserrahmenrichtlinie und Landwirtschaft schätzt die Nährstoffausträge aus landwirtschaftlich genutzten Mooren allein für Mecklenburg Vorpommern auf ca. 4.600 Tonnen Stickstoff und 270 Tonnen Phosphor pro Jahr. Außerdem sackt das Moor durch den Wasserentzug immer weiter zusammen. Der Torf im Oberboden verdichtet sich und schrumpft, bis er zu einer wasserundurchlässigen Schicht wird. Das macht die Böden auch für die Landwirtschaft immer schwerer nutzbar. Zudem müssen Vorflut, Gräben und Dränagen permanent vertieft werden. Zwar gibt es verschiedene Verfahren, in denen Sand aufgebracht oder eingemischt wird, um landwirtschaftlich genutzte Moorstandorte zu stabilisieren. Nachhaltig nutzen lassen sich Moore damit aber nicht, denn ohne Anhebung der Wasserstände setzt sich der mikrobielle Torfabbau fort und der Moorboden schwindet.
Intensive Grünlandwirtschaft auf nassen Böden?
Im Milchwirtschaftsland Niedersachsen wurden daher unter Thünen-Beteiligung Forschungsprojekte auf nassem Moorgrünland aufgesetzt. Zum Beispiel in den Projekten SWAMPS und Modellprojekt Gnarrenburger Moor. Dort wurde untersucht, ob und wie stark Moorwasserstände angehoben werden können, um die Degradation von Torf und damit Treibhausgas-Emissionen zu mindern, ohne die intensive Grünlandwirtschaft zu beeinträchtigen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich Moorwasserstände nur schwer regulieren lassen: Wie effektiv etwa ein Grabenanstau ist, hängt stark vom Wasserzustrom aus dem Einzugsgebiet und den Torfeigenschaften ab. Unter günstigen Bedingungen führt der Grabenanstau zu einer deutlichen Anhebung der Moorwasserstände. Auf den untersuchten landwirtschaftlich genutzten Hochmoorstandorten hingegen war die Wirkung minimal.
Ein Grabeneinstau, der durch eine hohe Wehrstellung und die zusätzliche Befüllung mit Wasser erreicht wird, bewirkte im Jahresmittel recht hohe Moorwasserstände. Allerdings war das Grünland im Frühjahr durch hohe Wasserstände nur schwer befahrbar. Im Sommer hingegen fiel der Wasserstand tief ab.
Aufwändiger, aber auch erfolgreicher, ist die Unterflurbewässerung. Bei dieser Methode wird das Wasser vorrangig durch Dränagen im Moorkörper verteilt. So konnten mittlere Jahreswasserstände von 20 bis 40 cm unter Geländeoberfläche erreicht werden. Der Nachteil: Wie Studien aus dem Gnarrenburger Moor, aus dem Ipweger Moor und aus dem Hammelwarder Moor zeigen, werden Treibhausgasemissionen aus Hochmoorgrünland damit nicht und aus Niedermoorgrünland nur minimal reduziert. Die Methode ist dafür also nicht empfehlenswert.
Wassermanagement in wiedervernässten Mooren
Ziel der Wiedervernässung von Mooren ist es, oberflächennahe Wasserstände und dadurch eine permanente Wassersättigung des Torfes zu gewährleisten, um den mikrobiellen Torfabbau und die damit verbundene Freisetzung von Treibhausgasen und Nährstoffen zu minimieren, die Etablierung potentiell torfbildender Pflanzenarten zu unterstützen und das Moor langfristig wieder zu einer Kohlenstoffsenke zu entwickeln. Wiedervernässte Moore können für Paludikultur – die Bewirtschaftung nasser Moore – genutzt oder dem Naturschutz überlassen werden.
Weil die Wiedervernässung von Mooren für den Klimaschutz so wichtig ist, aber viele der bisher landwirtschaftlich genutzten Flächen auch weiterhin für die Wertschöpfung gebraucht werden, fördern das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz und das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft mehrere groß angelegte Pilotvorhaben und Modell- und Demonstrationsvorhaben zum Moorbodenschutz durch Paludikultur. Aufgabe dieser im PaludiNetz zusammenarbeitenden Vorhaben ist es, Moorflächen im praxisrelevanten Maßstab zu vernässen, Paludikulturen zu etablieren und zu bewirtschaften, Verwertungs- und Vermarktungsketten für die Biomasse aufzubauen und die damit verbundenen ökologischen und ökonomischen Effekte zu untersuchen.
Unterschiedliche Methoden der Wiedervernässung
Die Wiedervernässung beginnt grundsätzlich mit dem Abstellen der Pumpen, dem Verschließen der Entwässerungsgräben und dem Entfernen von Dränagen, damit Moor- und Grundwasserstände im Einzugsgebiet wieder steigen können. Sinnvoller als einzelne Flurstücke nass zu halten ist es, ganze Moore oder zumindest hydrologisch zusammenhängende Moorbereiche wiederzuvernässen. Bei Vorbereitung, Planung und Umsetzung sollten neben den Eigentümern und Nutzern der betreffenden Moorflächen auch weitere Stakeholder, wie Anwohner, Gemeinden, Behörden und Verbände einbezogen werden.
Herausfordernd bei der Vernässung sind die veränderten Torfeigenschaften: Durch die lange Trockenlegung leitet und speichert der Torf das Wasser nur noch in geringem Maß. Zudem hat sich das Landschaftsrelief durch die Moorsackung häufig verändert. Nicht zuletzt fehlt es an Wasser, etwa, wenn die Sommer sehr trocken sind.
Grabenanstau, Grabeneinstau und Unterflurbewässerung können je nach Gegebenheit auch für das Wassermanagement in wiedervernässten Mooren genutzt werden. Der Grabenanstau etwa kann kaskadenartig angelegt werden und so in Niedermooren mit nur gering zersetztem Torf und ständigem Wasserzustrom für die Bewässerung sorgen. In Hochmooren allerdings trocknen angestaute Gräben mit Beginn des Sommers aus. Deshalb ist dort der Grabeneinstau eine mögliche Alternative, wenn zusätzliches Wasser vorhanden ist. Meistens eignet sich die Methode nur für kleinflächige Demonstrationsversuche.
Besonders schwierig ist die Vernässung ehemals landwirtschaftlich genutzter Moore. Gefüllte Gräben reichen aufgrund der gering durchlässigen Torfe dafür häufig nicht aus. Die Unterflurbewässerung verbessert zwar die Verteilung des Grabenwassers im Torf. Ihre Installation und Wartung ist jedoch sehr aufwendig. Zudem kann selbst bei randvollen Gräben oft nicht verhindert werden, dass der Wasserstand im Sommer um bis zu 40 Zentimeter unter die Geländeoberfläche sinkt. Und: Der Eingriff in den Boden ist so stark, dass sich diese Art der Bewässerung für naturschutz-orientierte Wiedervernässungsprojekte nicht eignet.
Deutlich praktikabler und erfolgversprechender sind sogenannte Überstaus. Für die Wiedervernässung werden bei ebenen Flächen Polder angelegt, die bei geneigten Mooren terrassenartig angeordnet werden können. Sie können mit Wasser gefüllt werden oder dienen als Speicher für den Niederschlag des Winters. In Versumpfungs- und Überflutungsmooren ist winterlicher Überstau auch im natürlichen Zustand charakteristisch. Für nicht überstaute Moore ersetzt diese Maßnahme die verlorengegangene Fähigkeit zur Wasserspeicherung. Ein Überstau von 30 bis 40 Zentimetern ist ein ausreichender Puffer für einen trockenen Sommer. Der Nachteil dieser Methode: Für Seggen und Torfmoose sind überflutete Moore schwer zu besiedeln. Beispielhaft wird die Überstau-Variante etwa auf der Restaurierungsfläche Lichtenmoor in Niedersachsen untersucht.
Beispiele für Wassermanagement für Paludikulturen
Paludikulturen verbinden Moorschutz und wirtschaftliche Nutzung: Statt Weidegras wachsen etwa Schilf, Rohrkolben, Erlen oder Nasswiesengräser, die für Dächer, Dämmung und Co. genutzt werden können. Für ihr Gedeihen brauchen einige Paludikulturen sehr genaue Wasserstände. Torfmoose zum Beispiel wachsen optimal, wenn das Wasser knapp unter der Geländeoberfläche steht. Rohrkolben hingegen kommen gut mit Überstau zurecht. Zur Vermehrung brauchen sie aber eine wasserfreie Bodenoberfläche. Daher sind Paludikulturen oft auf Zusatzwasserversorgung angewiesen. Die Torfmoos-Paludikultur Hankhausen (Greifswald Moor Centrum) etwa ist deshalb terrassenartig angeordnet. Ein Vorfluter versorgt die mit Ringgräben umgebenen Beete mit Wasser. Die Überstauhöhe wird mit Überläufen reguliert.
Die Anbauflächen im Projekt Optimierung von Torfmoos-Paludikulturen dagegen waren als Polder angelegt und haben Zusatzwasser aus einem regenwassergespeisten Reservoir erhalten, das bei Bedarf mit Grundwasser ergänzt wurde.
Auch Rohrkolben-Paludikulturen in den Projekten Produktketten aus Niedermoorbiomasse oder PaludiProgress (Greifswald Moor Centrum) sind als Polder angelegt und werden aus Grundwasser sowie einem benachbarten Graben bzw. Fluss mit Zusatzwasser gespeist.
Für kleine Flächen ist meist genug zusätzliches Wasser vorhanden. Für ganze Moorgebiete jedoch steht nicht genug Zusatzwasser zur Verfügung. Der Wasserrückhalt in Moor und Einzugsgebiet ist daher entscheidend für eine erfolgreiche Wiedervernässung, zugleich aber auch für ein erfolgreiches Wassermanagement der Paludikulturen.
In vielen Projekten hat sich bereits gezeigt, dass das Wassermanagement für wiedervernässte Moore individuell ausgerichtet werden muss. Es richtet sich nach den Wasserverhältnissen vor Ort, den Torfeigenschaften und der Art der geplanten Landnutzung. Und: Je größer die zusammenhängenden Wiedervernässungsflächen, desto kleiner der Anteil an Sickerwasser, der an trockene Nachbarflächen verloren geht. So lassen sich leichter hohe Moorwasserstände erreichen und die Kohlendioxid-Bilanz fällt besser aus.
