Hintergrund und Zielsetzung

Terrestrische Ökosysteme, insbesondere Wälder, speichern große Kohlenstoffmengen in Böden und Biomasse und sind damit ein wichtiges Element im Kreislauf klimarelevanter Spurengase wie Kohlendioxid (CO₂) oder Methan (CH₄). Etwa ein Drittel der Erdoberfläche werden von Wald bedeckt wobei 359 Mrd. Tonnen Kohlenstoff von der Biomasse und 787 Mrd. Tonnen Kohlenstoff im Boden gespeichert werden (IPCC, 2001). Allein in den Wäldern Deutschlands sind etwa 2.5 Mrd. Tonnen Kohlenstoff gespeichert, mehr als die Hälfte davon im Waldboden. Das entspricht etwa der 10fachen Menge der jährlichen deutschen CO₂-Emission aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Somit stellt der Boden als Grenzfläche zwischen der Atmosphäre und Biosphäre einerseits und der Lithosphäre andererseits eine wichtige Senke für organischen Kohlenstoff dar. 

Im Rahmen der Auswertung der zweiten Bodenzustandserhebung (BZE 2) wollen wir der Frage nachgehen, welchen Beitrag die Waldökosysteme bei der Kohlenstoffspeicherung leisten und wie Waldböden und der darin gespeicherte Kohlenstoff auf verändernde Rahmenbedingungen (z.B. Klimaänderungen, Immissionssituation, waldbauliche Behandlung) reagieren. Seit Jahrhunderten greift der Mensch nachhaltig in den globalen Kohlenstoffkreislauf ein. Die Zerstörung von Wäldern durch Übernutzung, Rodung oder Naturkatastrophen führt zur Freisetzung des gebundenen Kohlenstoffs. Auch eine Erhöhung der Durchschnittstemperatur und Änderungen im Wasserhaushalt können zusätzlich zur Freisetzung von Kohlenstoff aus Böden führen.

Angaben über die im Waldboden gespeicherten Kohlenstoffvorräte werden benötigt, um die entsprechenden Berichtsverpflichtungen im Rahmen der Klimarahmenkonvention erfüllen zu können. Unser Untersuchungsspektrum berücksichtigt somit eines der derzeit wichtigsten Themen der Waldbodenforschung. Vor dem Hintergrund des Kyoto-Protokolls, ist die Möglichkeit zur Anrechnung der Kohlenstoffspeicherung in Waldbeständen und Waldböden von großem Interesse. Hierfür ist es jedoch notwendig, die Prozesse der Kohlenstoffspeicherung bzw. -Freisetzung für die Bilanzierung des C-Kreislaufs zu verstehen. Nur so lassen sich gezielt Maßnahmen einsetzen, die in Bezug auf den Kohlenstoffkreislauf die Senkenfunktion der Wälder verstärken und die Quellfunktion verringern. Verlässliche Zahlen können jedoch nur mit Hilfe von nationalen Inventuren ermittelt werden

Zielgruppe

Wissenschaft und Politik

Vorgehensweise

Die Herleitung der Kohlenstoffvorräte und deren Veränderungen erfolgte auf Grundlage von Inventurdaten (Grueneberg et al. 2014).

Bei der BZE I (WOLFF & RIEK 1996) und BZE II (WELLBROCK et al. 2006) wurden Waldböden deutschlandweit in einem Raster von 8 km x 8 km beprobt. Dazu wurden an jedem Rasterpunkt in einem Radius von 10 m acht Satellitenproben um eine zentrale Bodengrube mit freigelegtem Bodenprofil genommen. Die Anzahl der Rasterpunkte betrug bei der BZE I 1800 und bei der BZE II 2000. Die Zunahme in der Stichprobenanzahl zwischen beiden Inventuren erklärt sich v.a. dadurch, dass Flächen betreten werden durften, bei denen zuvor keine Zutrittserlaubnis vorlag (z.B. sind alte Truppenübungsplätze jetzt zugänglich).

Die Beprobung des Mineralbodens, in der für den nationalen Inventurbericht relevanten Tiefe, erfolgte an den meisten BZE Punkten in Tiefenstufen von 0-5 cm, 5-10 cm und 10-30 cm. In wenigen Fällen wurde horizontweise beprobt.

Mit der Beprobung wurden die Trockenrohdichte des Feinbodens (TRD_fb), der Grobbodenanteil (GBA) und die Konzentration des organischen Kohlenstoffs (C_org) nach vergleichbarer Methodik erfasst (König et al. 2005). Die Trockenrohdichte des Feinbodens wurde durch volumengerechte Beprobung tiefenstufenweise ermittelt, wobei teilweise am Bodenprofil ermittelte Schätzwerte genutzt wurden (WOLFF & RIEK 1996, WELLBROCK et al. 2006). Fehlende Angaben zur Trockenrohdichte wurden durch vorhandene Werte aus anderen Inventuren ersetzt. Dies galt ebenfalls für den zur Berechnung der TRD_fb und des Feinbodenvorrats notwendigem Grobbodenanteil.

In karbonathaltigen Böden erfolgte die Messung der organischen Kohlenstoffkonzentration des Feinbodens unter Berücksichtigung des anorganischem Kohlenstoffgehalts. 

Die Kohlenstoffvorräte wurden aus den Vorräten der einzelnen Tiefenstufen berechnet. Dazu mussten horizontweise erhobene Daten zunächst in Tiefenstufenabschnitte überführt werden, indem die Kohlenstoffvorräte einer Tiefenstufe gewichtet nach den Mächtigkeiten der sich überschneidenden Abschnitte und deren C-Vorräte berechnet wurden.

Für die Berechnung der Kohlenstoffvorräte und deren Veränderungen zwischen beiden Inventurzeitpunkten wurde durch die Bildung von Straten ein flächenbezogener Ansatz gewählt. Grundlage zur Bildung von flächenrelevanten Straten waren die 72 Legendeneinheiten der Bodenübersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:1.000.000 (BÜK 1000). Darin sind Leitbodentypen und Ausgangsgesteine der Bodenbildung nach deutscher Bodensystematik (AG BODEN 1994) und FAO Legende (FAO-UNESCO 1990) beschrieben. Da die einzelnen Klassen unterschiedlich stark mit Stichprobenpunkten besetzt waren, wurden die einzelnen Leitbodeneinheiten zu neuen Leitbodeneinheiten aggregiert, was die Grundgesamtheit je Klasse steigerte und die damit verbundene statistische Aussagekraft erhöhte. Die Klassenbildung orientierte sich sowohl nach vergleichbaren Bodentypen als auch nach Substrattyp bzw. Ausgangsgestein sowie nach Bodenart und Kalkgehalt. Insgesamt standen 16 neue Leitbodeneinheiten mit dem entsprechenden Ausgangsgestein für die flächenbezogene Auswertung zur Verfügung. Die Zuordnung der Inventurpunkte zu den Leitbodeneinheiten erfolgte anhand der bei den Inventuren aufgenommenen Daten zum Ausgangsgestein und einer eventuellen Schichtung, zum Bodentyp und den Horizontabfolgen sowie zur Bodenart.