Waldböden - intakt und funktional - WSL Berichte Heft 126, 2022
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Heft 126, 2022
WSL Berichte
doi.org/10.55419/wsl:31996
Waldböden – intakt
und funktional
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
CH-8903 Birmensdorf
Heft 126, 2022 WSL Berichte doi.org/10.55419/wsl:31996 Waldböden – intakt und funktional Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
2 Forum für Wissen 2022 Das Forum für Wissen ist eine Veranstaltung, die von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL durchgeführt wird. Aktuelle Themen aus den Arbeitsgebieten der Forschungsanstalt werden vorgestellt und diskutiert. Neben Referenten von der WSL können auswärtige Fachleute beigezogen werden. Gleichzeitig zu jeder Veranstaltung «Forum für Wissen» erscheint eine auf das Thema bezogene Publikation in der Reihe WSL Berichte. Alle Beiträge wurden von zwei Fachpersonen begutachtet. Verantwortlich für die Herausgabe Eidg. Forschungsanstalt WSL Verantwortlich für dieses Heft Dr. Ivano Brunner, Leiter Forschungseinheit Waldböden und Biogeochemie Schriftleitung Sandra Gurzeler Wir danken folgenden Personen, welche sich als Reviewer zur Verfügung stellten, für die kritische Durchsicht der Beiträge und die hilfreichen Kommentare: Andri Baltensweiler, Ivano Brunner, Andreas Chervet, Beat Frey, Lucie Greiner, Elena Havlicek, Robert Jandl, Klaus Katzensteiner, Johann Kremer, Peter Lehmann, Peter Lüscher, Jörg Luster, Henning Meesenburg, Patrick Schleppi, Christoph Sperisen, Ulrike Talkner, Klaus von Wilpert, Peter Waldner, Lorenz Walthert, Stephan Zimmermann Zitierung Eidg. Forschungsanstalt WSL (Hrsg.), 2022: Forum für Wissen 2022. Waldböden – intakt und funktional. WSL Ber. 126: 80 S. doi.org/10.55419/wsl:31996 Layout Jacqueline Annen und Sandra Gurzeler, WSL Fotos Umschlag von oben: 2 × Marco Walser, WSL, Fabian Bernhard, Anne Thimonier Bezugsadresse WSL Shop: e-shop@wsl.ch PDF Download: www.wsl.ch/berichte ISSN 2296-3448 (Print) ISSN 2296-3456 (Online) doi.org/10.55419/wsl:31996 Forschung für Mensch und Umwelt: Die Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL überwacht und erforscht Wald, Landschaft, Biodiversität, Naturgefahren sowie Schnee und Eis. Sie ist ein Forschungsinstitut des Bundes und gehört zum ETH-Be- reich. Das WSL-Institut für Schnee und Lawinenforschung SLF ist seit 1989 Teil der WSL. Diese Publikation ist Open Access und alle Texte und Fotos, bei denen nichts anderes angegeben ist, unterliegen der Creative-Commons-Lizenz CC BY 4.0. Sie dürfen unter Angabe der Quelle frei vervielfältigt, verbreitet und verändert werden.
Forum für Wissen 2022 3
Vorwort
Waldböden erfahren bislang nur geringe Aufmerksamkeit, – und das, obwohl sie
die zentrale Schnittstelle des Naturhaushaltes von Waldökosystemen darstellen
und im Durchschnitt mehr Kohlenstoff speichern als in der oberirdischen Bio-
masse von Wäldern enthalten ist. Dabei ist die Multifunktionalität von Waldbö-
den, d. h. ihre vielfältigen Funktionen als Speicher für Kohlenstoff und Nährstoffe,
als Filter im Wasserkreislauf und als Lebensraum, von zentraler Bedeutung für
eine nachhaltige Waldnutzung wie auch für den Landschaftshaushalt. Noch viel zu
wenig im öffentlichen Bewusstsein ist beispielsweise, dass Böden ein Hort biolo-
gischer Vielfalt sind. Die Anzahl der Individuen und Arten an Bodenorganismen,
aber auch die Menge ihrer Biomasse kann weit über dem liegen, was an oberirdi-
schem Leben auf derselben Fläche zu finden ist. Trotz der großen Bedeutung der
Bodenorganismen für die verschiedenen Funktionen der Ökosysteme sind auch
aus Sicht der Wissenschaft noch grosse Teile des Bodenlebens unter der Oberflä-
che verborgen und ist der Anteil der noch nicht taxonomisch erfassten Organis-
men im Boden besonders hoch. Die erste systematische Erhebung von Bakterien
und Pilzen in Schweizer Böden, über die im anliegenden Band berichtet wird und
die eine immense Anzahl an Taxa zutage förderte, hat hier Pionierarbeit geleistet.
Auch im Klimawandel kommen Waldböden und deren Humusauflagen eine
zentrale Rolle zu, zumal in Schweizer Waldböden im europäischen Vergleich die
grössten Vorräte an organischer Bodensubstanz in Europa gespeichert sind. Das
führt allerdings zu einer ambivalenten Rolle von Waldböden, einerseits nämlich
als Kohlenstoffspeicher, andererseits jedoch verbunden mit dem Risiko, dass etwa
infolge von Störereignissen oder nicht angepasster Bewirtschaftung durch Hu-
musabbau verstärkt CO2 freigesetzt wird. Die zentrale Rolle der Böden für ein kli-
maangepasstes Waldmanagement gehört jedenfalls, wie einige der Beiträge deut-
lich machen, stärker in den Blick genommen.
Das Forum für Wissen 2022 spannt einen breiten Bogen von den Funktionen
von Waldböden und ihrer Bedeutung für Waldökosystemleistungen über mögli-
chen Beeinträchtigungen von Bodenfunktionen durch Klimawandel und Extre-
mereignisse bis hin zu möglichen Massnahmen, die zur langfristigen Erhaltung
und Verbesserung der Bodenfunktionen beitragen können. Ganz im Sinne des
Brückenschlages zwischen Wissenschaft und Praxis, dem sich die WSL verpflich-
tet fühlt, sind die Fragestellungen, die auch der anliegende Tagungsband aufgreift,
etwa: Wie wirken sich Windwürfe auf die Kohlenstoffspeicherung im Waldboden
aus? Lassen sich, zum Beispiel anhand der Wasserverfügbarkeit, besonders klima-
sensitive Waldstandorte identifizieren und in der Bewirtschaftung entsprechend
berücksichtigen? Wie kann die zentrale Schnittstelle der Waldböden im Klima-
wandel besser verstanden werden und was können sie konkret zum Klimaschutz
beitragen? In welcher Form sollten landesweite Bodeninformationen für For-
schung, Praxis und Vollzug aufbereitet werden? Inwieweit lässt sich durch Kal-
kung der fortschreitenden Bodenversauerung begegnen? Und wie kann im Zu-
sammenhang mit einer intensivierten Holzernte erreicht werden, dass das Nähr-
stoffpotenzial im Boden erhalten bleibt?
Ziel ist es, den Blick quasi unter den Tellerrand zu richten, d. h. Waldböden
stärker ins Bewusstsein zu rücken und einen Beitrag zu leisten, dass bei waldbezo-
genen Massnahmen vermehrtes Augenmerk auf den Erhalt und die Förderung der
natürlichen Bodenfunktionen gerichtet wird.
Birmensdorf, 25. November 2022
Beate Jessel, Direktorin WSL
Forum für Wissen 2022 5
Inhalt Seite
Vorwort 3
Waldböden im Fokus 7
Ivano Brunner und Jörg Luster
Organische Substanz in Schweizer Waldböden – eine wichtige, 13
aber empfindliche Ressource
Frank Hagedorn, Mathias Mayer, Katrin Meusburger, Lorenz Walthert,
Stephan Zimmermann
Waldökosystemernährung und Klimawandel: Schmilzt mit 19
der Humusauflage auch die Nährstoffverfügbarkeit?
Friederike Lang und Jörg Luster
Verborgene Biodiversität – die Vielfalt der Mikroorganismen 27
in unseren Böden
Johanna Mayerhofer, Beat Frey, Florian Gschwend, Reto Meuli, Franco Widmer
Wasserverfügbarkeit in Schweizer Wäldern während der Trockenjahre 33
2015 und 2018
Katrin Meusburger, Frank Hagedorn, Lorenz Walthert
Die Waldbodenkartierung des Kantons Zürich: Bodenversauerung 39
sichtbar machen
Andreas Gubler, Ubald Gasser, Cécile Wanner
Humusverlust nach Windwurf – Risiko im Bergwald? 43
Mathias Mayer, Silvan Rusch, Markus Didion, Andri Baltensweiler, Lorenz
Walthert, Fabienne Ranft, Andreas Rigling, Stephan Zimmermann,
Frank Hagedorn
Stickstoff-Deposition in Schweizer Wälder und Nitrataustrag aus Waldböden 47
Peter Waldner, Sabine Braun, Ivano Brunner, Beat Rihm, Miriam Reinhard,
Noureddine Hajjar, Katrin Meusburger, Maria Schmitt, Anne Thimonier
Nährstoffnachhaltigkeit bei Waldbewirtschaftung 57
Stephan Zimmermann, Golo Stadelmann, Daniel Kurz, Timothy Thrippleton,
Janine Schweier
Pilotprojekt Experimentelle Kalkung von Waldstandorten: Hintergrund 65
und erste Ergebnisse
Simon Tresch, Sven Hopf, Sabine Braun
Physikalischer Bodenschutz im Aargauer Wald im Jahr 23 nach Lothar 71
Andreas Freuler
Flächenhafte Bodeninformationen? Eckpunkte für eine zukünftige
Plattform für Bodeninformationen 75
Armin Keller, Urs Grob, Lucie Greiner, Felix Stumpf, Thorsten Behrens
Forum für Wissen 2022: 7–11 doi.org/10.55419/wsl:32000 7
Waldböden im Fokus
Ivano Brunner und Jörg Luster
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee, und Landschaft WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
ivano.brunner@wsl.ch, joerg.luster@wsl.ch
Ein natürlich gewachsener und intakter Waldboden ist von unschätzbarem Wert. denorganismen zum Beobachten und
Er sorgt für sauberes Trinkwasser, schützt vor Hochwasser, ist Lebensraum un- Erforschen, und tragen so zum Wohl-
zähliger Organismen und bildet die Grundlage für die Holzproduktion. Eine be- befinden und zur Wissenserweite-
sonders wichtige Rolle spielt der Waldboden als Kohlenstoffspeicher. Wird seine rung der Menschen bei. Ebenfalls lie-
Speicherleistung beeinträchtigt, hat dies negative Auswirkungen auf das Klima. fern Bodenmikroorganismen den typi-
Die Klimafolgen wiederum gefährden die bedeutenden Funktionen des Waldes schen duftenden Waldbodengeruch. Es
und seiner Böden. In diesem Forum für Wissen wollen wir (i) die Funktionen von sind dies flüchtige und gasförmige Ter-
Waldböden und ihre Bedeutung für die Waldökosystemleistungen darstellen, (ii) penverbindungen, sogenannte «Geos-
auf mögliche Beeinträchtigungen der Bodenfunktionen durch Klimafolgen, zum mine», welche von Aktinobakterien
Beispiel Sturmschäden, aufmerksam machen, (iii) Massnahmen und Handlungen stammen und für den charakteristi-
aufzeigen, die zur langfristigen Erhaltung und Verbesserung der Bodenfunktionen schen Geruch frischer Erde verant-
beitragen können, und (iv) auf zukünftige Trends hinweisen. wortlich sind.
Die Vereinten Nationen haben
2016 siebzehn Ziele für nachhaltige
1 Multifunktionalität ren für die Gewährleistung von Wald- Entwicklung («Sustainable Develop-
der Waldböden ökosystemleistungen, seien dies Regu- ment Goals», SDG 1 – 17) definiert,
lierungsleistungen wie Hochwasser- die bis 2030 zu erreichen sind (unric.
Böden entwickeln sich in langen Zeit- schutz oder Versorgungsleistungen wie org/de/17ziele). Die zentrale Rolle in-
räumen aus dem Ausgangsgestein sauberes Trinkwasser (vgl. auch Staub takter Bodenfunktionen für das Errei-
durch das Einwirken von Klima, Relief et al. 2011). Während solche Waldöko- chen mehrerer SDG’s (Keesstra et al.
und Lebewesen (Bakterien, Pilze, Bo- systemleistungen oft im Fokus stehen, 2016) stand an der letztjährigen Konfe-
dentiere, Pflanzen). In der Schweiz sind werden kulturelle Leistungen von Wäl- renz «Eurosoil 2021» im Zentrum (eu-
die meisten Böden rund 10 000 Jahre dern häufig unterschätzt. So liefern rosoil-congress.com). Waldböden spie-
alt, denn ihre Entwicklung begann mit Waldböden Früchte und Speisepilze len insbesondere eine Rolle für SDG
der Freilegung des Ausgangsgesteins zum Sammeln, beherbergen viele Bo- 6 («Sauberes Wasser und Sanitärein-
nach dem Rückzug der Gletscher am
Ende der letzten Eiszeit. Dank hete-
rogener Geologie und Klima ist so in
unserem Land eine grosse Vielfalt an
unterschiedlichen Waldböden entstan-
den (Abb. 1; Luster und Zimmermann
2017). Waldböden gelten als naturnah,
da die Nutzung der Wälder ohne die
üblichen landwirtschaftlichen Kultur-
massnahmen wie Bearbeitung, Dün-
gung oder Bewässerung auskommt
(Walser et al. 2021).
Dank ihrer Porenstruktur, ihren
Oberflächen aus mineralischen und or-
ganischen Bestandteilen und ihrer In-
teraktion mit Pflanzenwurzeln erfül-
len unbelastete, intakte Waldböden
zahlreiche wichtige Funktionen in bei
der Regulierung von Wasser, Nährstof-
fen und Kohlenstoff («Regulierungs-
funktion»), der Produktion von Holz
(«Produktionsfunktion») und als Le-
bensraum für unzählige Bodenorga-
nismen («Lebensraumfunktion») (vgl. Abb. 1. Ausgewählte Waldboden-Profile der Schweiz (Einzelprofilbilder aus Walthert et al.
auch BAFU 2017). Diese Funktionen 2004; Blaser et al. 2005; Zimmermann et al. 2006; modifiziert aus Luster und Zimmermann
der Waldböden sind wichtige Fakto- 2017).
WSL Berichte, Heft 126, 2022
8 Forum für Wissen 2022
richtungen»), SDG 13 («Massnahmen gung der Bodenversauerung, die an und gehören die Trockenjahre 2015 und
zum Klimaschutz») und SDG 15 («Le- für sich ein natürlicher Prozess ist. In 2018 sowie das Sturmjahr 2018 (Meus-
ben an Land», Luster et al. 2022). Bei stark versauerten Böden ist das Wurzel- burger et al. 2022; Rigling et al. 2019).
letzterem geht es um Schutz, Wieder- wachstum sensitiver Baumarten durch Sterben zum Beispiel grosse Baum-
herstellung und nachhaltige Nutzung die Freisetzung von Aluminium einge- bestände nach starker Trockenheit
von terrestrischen Ökosystemen mit ei- schränkt und die mikrobielle Aktivi- ab (vgl. auch Hunziker et al. 2022),
nem besonderen Augenmerk auf den tät ist verringert. Zum Glück, und wie kommt dies einer potentiellen Gefähr-
Wald. Das Deutsche Umweltbundes- im Waldbericht von 2015 (Rigling und dung der Bodenfunktionen und der mit
amt schlägt explizit vor, einen boden- Schaffer 2015) festgehalten, sind die ihnen verbundenen Ökosystemleistun-
bezogenen Indikator zu entwickeln, Schwefeleinträge in den letzten Jahren gen gleich.
um das zentrale Unterziel SDG 15.3. dank strengerer Vorschriften bei den Wenn Baumwurzeln absterben
einer landdegradationsneutralen Welt Heizungsanlagen zurückgegangen. Die oder Bäume umgerissen werden, be-
(«land degradation neutrality») zu er- Stickstoffeinträge sind jedoch immer einflusst dies nachhaltig die Wald-
reichen (Wunder et al. 2018). noch hoch, und die Gefahr von Nitrat- böden und deren Funktionalität (vgl.
auswaschung, Nährstoffverlusten und auch Abb. 2). Durch die Zerstörung der
Nährstoffungleichgewichten bleibt wei- Bodenstruktur gelangt vermehrt Sau-
terhin bestehen (www.bafu.admin.ch/ erstoff in den Boden, wodurch Zer-
2 Beeinträchtigungen bafu/de/home/themen/wald/dossiers/ setzungsprozesse ausgelöst werden,
stickstoff-wald.html). die zum Abbau des im Waldboden ge-
In den letzten Jahrzehnten erfuhren In den letzten Jahren kam jedoch speicherten Kohlenstoffs und letzt-
Waldböden allerdings schleichende der Klimawandel als neue Bedrohung endlich zur erhöhten Freisetzung von
Veränderungen, Schwefel- und Stick- hinzu. Erhöhte Temperaturen, Zu- Kohlendioxid führen. Durch den Ver-
stoffeinträge aus der Luft nahmen zu nahme von Hitzetagen, längere Tro- lust von Humus wird auch die Spei-
und veränderten langsam die Verhält- ckenperioden sowie veränderte Inten- cherleistung für Wasser und Nährstoffe
nisse im Waldboden. Diese Einträge sitäten und Häufigkeiten von Starknie- stark beeinträchtigt. Eine weitere ne-
veränderten die chemische Zusammen- derschlägen und Stürmen beeinflussten gative Folge kann sein, dass durch ab-
setzung der Waldböden und führten an die Wälder zunehmend. Zu den wich- sterbende Bäume die Stabilität eines
bestimmten Orten zu einer Beschleuni- tigsten Ereignissen in der jüngsten Zeit Hanges schwindet, da der Waldboden
Abb. 2: Zerstörte Bodenstruktur durch umgestürzte Bäume nach einem Windwurf in der LWF-Fläche Lägern (Foto: Peter Waldner).
WSL Berichte, Heft 126, 2022Forum für Wissen 2022 9
nicht mehr durch ein intaktes Wur-
zelwerk zusammengehalten wird, was
schliesslich an steilen Hängen zu Ero-
sion führt. Und nicht nur dies: Das Ab-
sterben der Bäume kann seinerseits
zum Klimawandel beitragen, indem
durch die Zersetzung des absterben-
den Pflanzenmaterials vermehrt Koh-
lendioxid an die Atmosphäre abgege-
ben wird.
3 Erhalt und Förderung
Angesichts seiner Multifunktionalität
und der langen Zeiträume, die es zu
seiner Entstehung braucht, muss der
Waldboden als eine nicht erneuerbare
Ressource betrachtet werden (Syn- Abb. 3: Auslegung von Reisigmatten in den Rückegassen zur Vermeidung von Bodenver-
thesebericht «Boden und Umwelt» dichtung durch schwere Forstmaschinen (Foto: Fritz Frutig).
des Schwerpunktprogrammes NFP 68
«Ressource Boden»; Hagedorn et al.
2018). Im Forum für Wissen von 2013 die Schlüsselrolle der organischen Bo- die Eiche bewirken mit ihrem tief rei-
stand der «physikalische Bodenschutz densubstanz (Humus) eingegangen, da chenden Wurzelwerk einen umfassen-
bei der Holzernte» im Vordergrund, sie für die meisten Eigenschaften und deren Nährstoffkreislauf, wodurch sich
das heisst insbesondere die Gefahr Funktionen der Waldböden mitverant- Nährstoffverluste durch Auswaschung
der Bodenverdichtung durch inten- wortlich ist. minimieren lassen (Luster und Zim-
sive Holznutzung, und damit der Er- Der Erhaltung der organischen Bo- mermann 2017).
halt einer guten Bodenstruktur (Eidg. densubstanz kommt deshalb bei der
Forschungsanstalt WSL 2013). Letztere nachhaltigen Bewirtschaftung von Bö-
ist für die Ausbildung des Porenraums den und deren Klimawirksamkeit eine
wichtig, der, wie oben schon erwähnt, besondere Bedeutung zu. Im Hinblick 4 Zukünftige Trends
eine zentrale Rolle bei der Erfüllung auf die Umsetzung von Massnahmen
vieler Bodenfunktionen spielt. In die- in der Praxis wollen wir, ausgehend von 2019 wurde das Kompetenzzentrum für
sem Forum für Wissen «Waldböden – einer Bestandesaufnahme, ergründen, Boden (KOBO) gegründet. Betrieben
intakt und funktional» nehmen wir die- wie heutzutage wichtige Bodenfunk- wird es gemeinsam von den Bundes-
ses Thema wieder – auf im Sinne einer tionen und Dienstleistungen erhalten ämtern für Raumentwicklung (ARE),
Zwischenbilanz, inwieweit die entspre- und gefördert werden, und welche He- Umwelt (BAFU) und Landwirtschaft
chenden Massnahmen aktuell umge- rausforderungen die Zukunft bereit- (BLW). Das KOBO ist eine nationale
setzt werden. Inwieweit sind Forstwart- hält. Wichtige Themen sind die Rolle Servicestelle für Bund und Kantone
Lernende und Forstpersonal durch des Waldbodens als Kohlenstoffspei- und soll diese im Bodenschutzvollzug
gezielte Schulung und Aufklärung in cher, die Nährstoffnachhaltigkeit bei und bei der nachhaltigen Nutzung der
Bezug auf bodenschonende Holzernte der Waldbewirtschaftung, die Über- Ressource Boden unterstützen. Das
sensibilisiert? Werden zum Beispiel wachung der Wasserverfügbarkeit, die Kompetenzzentrum koordiniert und
nach lang anhaltenden Niederschlägen Folgen hoher Stickstoffeinträge, und standardisiert dazu Methoden und In-
bodenschonende Massnahmen wie das die Rolle der Waldböden als Biodiver- strumente für die Erhebung, Bewer-
Reduzieren des Reifenfülldruckes oder sitäts-Hotspots. tung und Bereitstellung von Bodenin-
das Auslegen von Reisigmatten in den Mit einer geeigneten Baumarten- formationen in der Schweiz (ccsols.ch/
Rückegassen angewendet (Abb. 3; vgl. wahl kann der Forstdienst sogar eine de/ueber-uns). Insbesondere werden
auch Lüscher et al. 2016)? Verbesserung der Funktionalität der im KOBO altbewährte mit neuen Me-
Durch Beachten solcher Leitlinien Waldböden erreichen. Baumarten mit thoden verknüpft. So sollen neue di-
kann der Forstdienst viel zum Erhalt verdichtungstoleranten Wurzeln wie gitale Werkzeuge wie die Auswertung
der Bodenfunktionalität beitragen. Wir die Erle können die Regeneration von von Fernerkundungsdaten, spektrosko-
gehen aber zusätzlich breiter auf die Bodenverdichtungen beschleunigen. pische Messmethoden für Bodeneigen-
vielfältigen Funktionen der Waldbö- Andere Baumarten wie der Ahorn, ha- schaften oder eine computergestützte
den sowie die Herausforderungen ein, ben eine gut abbaubare Streu und kön- Stichprobenplanung das Erheben und
wie diese erhalten und gegebenenfalls nen so der Versauerung des Bodens Auswerten von Bodeninformationen
verbessert werden können. Insbeson- entgegenwirken. Und wiederum an- unterstützen. Das heisst auch, dass für
dere wird in mehreren Beiträgen auf dere Baumarten, wie die Tanne oder Bodenkartierungen in Zukunft unter-
WSL Berichte, Heft 126, 202210 Forum für Wissen 2022
Vielfalt der Böden, inklusive der Wald-
böden, zu schaffen. Die europäischen
Behörden und Interessengruppen be-
nötigen dringend zuverlässige Instru-
mente zur Überwachung und Bewer-
tung des Umweltzustands der Böden.
Zusammen genommen sind die
vorgestellten neuen Werkzeuge wich-
tig, um die Bodenfunktionen in der
Landnutzungsplanung adäquat zu be-
rücksichtigen und so die vom Bundes-
rat 2020 erarbeitete «Bodenstrategie
Schweiz für einen nachhaltigen Um-
gang mit dem Boden» erfolgreich um-
zusetzen (Schweizerischer Bundesrat
2020). Mit unserem Forum für Wissen
wollen wir darauf hinweisen, wie wich-
tig es für diese nationale Umweltstra-
tegie ist, Waldböden als nicht erneu-
Abb. 4: Vorhersage des pH-Wertes in 5-15 cm Bodentiefe für die bewaldete Fläche der erbare natürliche Ressource von gros-
Schweiz, einschließlich einer Karte mit der feinräumigen pH-Verteilung (aus Baltensweiler sem ökologischem und ökonomischem
et al. 2021). (1) Jura, (2) Mittelland, (3) Voralpen, (4) Alpen, (5) Alpensüdseite. Wert zu erhalten.
schiedliche Fachdisziplinen zusammen- des Wasserretentions- oder des Säu-
gebracht werden müssen. «Optimal repuffervermögens, wie sie das Baye- 5 Literatur
wäre es, wenn allen Akteurinnen und rische Landesamt für Umwelt heraus-
Akteuren sämtliche Informationen gibt (www.lfu.bayern.de/boden/kar- BAFU (Hrsg.), 2017: Boden in der Schweiz.
und Produkte über den Boden, die sie ten_daten/bfk25). Während aktuell Zustand und Entwicklung. Stand 2017.
für eine nachhaltige Nutzung und den für die landwirtschaftliche und urbane Bern, Bundesamt für Umwelt. Umwelt-
Schutz dieser Ressource benötigen, zur Raumplanung in der Schweiz erste sol- Zustand Nr. 1721, 86 S.
Verfügung stünden,» und es ist zu hof- che Karten entstehen, fehlen sie für Baltensweiler, A.; Walthert, L.; Hane-
fen, «… dass der Boden in absehba- den Schweizer Wald gänzlich. In ei- winkel, M.; Zimmermann, S.; Nussbaum,
rer Zeit von der Gesellschaft als wert- nem ersten Schritt werden aus Bode- M., 2021: Machine learning based soil
volle und nicht erneuerbare Ressource neigenschaften Indikatoren für Boden- maps for a wide range of soil properties
wahrgenommen wird und es dann funktionen und Ökosystemleistungen for the forested area of Switzerland. Geo-
selbstverständlich ist, dass unsere Bö- abgeleitet (Greiner et al. 2017). In ei- derma Reg. 27, e00437. doi: 10.1016/j.geo-
den nachhaltig genutzt und geschützt nem zweiten Schritt können dann Kar- drs.2021.e00437
werden.» (Zitate von Armin Keller, ten dieser Indikatoren aus den Boden- Blaser, P.; Zimmermann, S.; Luster, J.; Wal-
Leiter KOBO, www.bafu.admin.ch/ eigenschaftskarten abgeleitet oder mit thert, L.; Lüscher, P., 2005: Waldböden
bafu/de/home/themen/boden/dossiers/ den gleichen Methoden wie die Karten der Schweiz. Band 2. Regionen Alpen
magazin2020-2-kompetenzzentrum- der Eigenschaften erstellt werden. und Alpensüdseite. Birmensdorf, Eidg.
boden.html). Einen aktuellen Trend gibt es auch Forschungsanstalt WSL. Bern, Hep Ver-
Mit Hilfe von maschinellen Lern- in der Bodenbiologie, wo die Fach- lag, 920 S.
Algorithmen sind wir seit Kurzem in gruppe Vollzug Bodenbiologie (VBBio; Eidg. Forschungsanstalt WSL (Hrsg.) 2013:
der Lage, räumlich hochaufgelöste di- www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/the- Forum für Wissen 2013. Bodenschutz im
gitale Karten von Bodeneigenschaf- men/boden/fachinformationen/mass- Wald: Ziele – Konflikte – Umsetzung.
ten für den ganzen Schweizer Wald zu nahmen-fuer-den-bodenschutz/arbeits- WSL Ber. 6, 116 S.
erstellen, zum Beispiel eine Vorher- gruppe-vollzug-bodenbiologie--vbb-. Greiner, L.; Keller, A.; Grêt-Regamey,
sage des pH-Wertes in 5 bis 15 cm Bo- html) Auswertungstools und ökologi- A.; Papritz, A. 2017: Soil function assess-
dentiefe (Abb. 4; Baltensweiler et al. sche Modellierung von Bodenlebens- ment: review of methods for quantifying
2021). gemeinschaften als Entscheidungsbasis the contribution of soils to ecosystem ser-
Um aber Bodeninformationen für Anspruchsgruppen (Stakeholder) vices. Land Use Policy 69: 224–237. doi:
als Planungshilfe für Vollzugsbehör- erarbeitet. Dazu gibt es aktuell eine 10.1016/j.landusepol.2017.06.025
den und forstliche Entscheidungsträ- europäische Initiative (COST Aktion Hagedorn, F.; Krause, H.M.; Studer, M.;
ger nutzbar zu machen, muss ein finaler CA18237 «EUdaphobase»; www.euda- Schellenberger, A.; Gattinger, A.,
Schritt von der Kartierung einzelner phobase.eu) mit dem Ziel, Strukturen 2018: Boden und Umwelt: Organische
Bodeneigenschaften zur Bewertung und Verfahren für die Entwicklung ei- Bodensubstanz, Treibhausgasemissionen
und Kartierung von Bodenfunktionen ner offenen, europaweiten Dateninfra- und physikalische Belastung von Schwei-
gemacht werden. Beispiele sind Karten struktur zur Erfassung der biologischen zer Böden. Thematische Synthese TS2
WSL Berichte, Heft 126, 2022Forum für Wissen 2022 11 des Nationalen Forschungsprogramms Indikatoren für Ökosystemleistungen: Wunder, S.; Kaphengst, T.; Frelih-Larsen, «Nachhaltige Nutzung der Ressource Bo- Systematik, Methodik und Umsetzungs- A.; McFarland, K.; Albrecht, S., 2018: den» (NFP 68): Vol. 2. Bern: Schweize- empfehlungen für eine wohlfahrtsbe- Land degradation neutrality. Handlungs- rischer Nationalfonds zur Förderung der zogene Umweltberichterstattung. Bern, empfehlungen zur Implementierung des wissenschaftlichen Forschung. Bundesamt für Umwelt. Umwelt-Wissen SDG-Ziels 15.3 und Entwicklung eines Hunziker, S.; Begert, M.; Scherrer, S.C.; Nr. 1102, 106 S. bodenbezogenen Indikators. Umwelt- Rigling, A.; Gessler, A., 2022: Below Walser, M.; Köchli, R.; Walthert, L.; Zim- bundesamt, Texte 15/2018, 102 S. average midsummer to early autumn pre- mermann, S.; Brunner, I., 2021: Den Zimmermann, S.; Luster, J.; Blaser, P.; Wal- cipitation evolved into the main driver Waldboden verstehen – Vielfalt und thert, L.; Lüscher, P., 2006: Waldböden of sudden Scots pine vitality decline in Funktion der Waldböden in der Schweiz. der Schweiz. Band 3. Regionen Mittel- the Swiss Rhône valley. Frontiers in Fo- Merkbl. Prax. 68: 12 S. land und Voralpen. Birmensdorf, Eidg. rests and Global Change 5, 874100. doi: Walthert, L.; Zimmermann, S.; Blaser, P.; Forschungsanstalt WSL; Bern, Hep Ver- 10.3389/ffgc.2022.874100 Luster, J.; Lüscher, P., 2004: Waldböden lag. 848 S. Keesstra, S.D.; Bouma, J.; Wallinga, J.; der Schweiz. Band 1. Grundlagen und Re- Tittonell, P.; Smith, P.; Cerdà, A.; … gion Jura. Birmensdorf, Eidg. Forschungs- Fresco, L.O., 2016: The significance of anstalt WSL; Bern, Hep Verlag. 768 S. soils and soil science towards realization of the United Nations Sustainable De- velopment Goals. SOIL 2, 111–128. doi: 10.5194/soil-2-111-2016 Abstract Lüscher, P.; Frutig, F.; Thees, O., 2016: Phy- Forest soils in focus sikalischer Bodenschutz im Wald. Wald- A naturally grown and intact forest soil is invaluable. It provides clean drinking bewirtschaftung im Spannungsfeld zwi- water, protects against floods, is the habitat of countless organisms, and is the basis schen Wirtschaftlichkeit und Erhaltung for wood production. Forest soils play a particularly important role as carbon der physikalischen Bodeneigenschaften. storage, and an impaired storage capacity has a negative impact on the climate. Bern, Bundesamt für Umwelt. Umwelt- Climate change in turn endangers important functions of the forest and its soils. In Wissen Nr. 1607, 159 S. this “Forum für Wissen” workshop, we want to (i) present the various functions of Luster, J.; Crockford, L.; Keller, T.; forest soils and their significance for forest ecosystem services, (ii) draw attention Muñoz-Rojas, M.; Wollschläger, U., to possible degradation of soil functions due to climate impacts, e.g. damage 2022: Editorial: Eurosoil 2021: Sustaina- caused by storms, (iii) highlight measures and actions that can contribute to the ble management of soil functions as a ba- long-term maintenance and improvement of soil functions, and (iv) identify future sis to avoid, halt, and reverse land degra- trends. dation. Frontiers in Environmental Scien- ces (in Vorbereitung) Keywords: Forest soils, ecosystem services, soil functions, soil degradation, sustain- Luster, J.; Zimmermann, S., 2017: Der Wald- able forest management, soil protection, soil information boden – kostbar, unentbehrlich, gefähr- det. Bündnerwald 4: 5–8. Meusburger, K.; Trotsiuk, V.; Schmidt- Walter, P.; Baltensweiler, A.; Brun, P. et al. 2022: Soil-plant interactions modu- lated water availability of Swiss forests during the 2015 and 2018 droughts. Glob. Change Biol. (akzeptiert). Rigling, A; Schaffer, H.P., 2015 (Ed.) 2015: Waldbericht 2015: Zustand und Nutzung des Schweizer Waldes. Bern, Bundes- amt für Umwelt; Birmensdorf, Eidg. For- schungsanstalt WSL. 144 S. Rigling, A.; Etzold, S.; Bebi, P.; Brang, P.; Ferretti, M.; Forrester, D.; … Wohlge- muth, T., 2019: Wie viel Trockenheit er- tragen unsere Wälder? Lehren aus ext- remen Trockenjahren. Forum für Wissen 78: 39–51. Schweizerischer Bundesrat (Hrsg.), 2020: Bodenstrategie Schweiz für einen nach- haltigen Umgang mit dem Boden. Um- welt-Info, BAFU 2020, 69 S. Diese Publikation ist Open Access und alle Texte und Fotos, bei denen nichts ande- Staub, C.; Ott, W.; Heusi, F.; Klingler, G.; res angegeben ist, unterliegen der Creative-Commons-Lizenz CC BY 4.0. Sie dür- Jenny, A.; Häcki, M.; Hauser, A., 2011: fen unter Angabe der Quelle frei vervielfältigt, verbreitet und verändert werden. WSL Berichte, Heft 126, 2022
Forum für Wissen 2022: 13–18 doi.org/10.55419/wsl:32001 13
Organische Substanz in Schweizer Waldböden – eine
wichtige, aber empfindliche Ressource
Frank Hagedorn, Mathias Mayer, Katrin Meusburger, Lorenz Walthert und Stephan Zimmermann
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee, und Landschaft WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
frank.hagedorn@wsl.ch, mathias.mayer@wsl.ch, katrin.meusburger@wsl.ch, lorenz.walthert@wsl.ch, stephan.zimmermann@wsl.ch
Der Boden ist eine zentrale Schnittstelle in Waldökosystemen. Er erfüllt wichtige sprünglichen Pflanzenstreu verbleiben
Funktionen als Lebensraum, als Speicher für Kohlenstoff und Nährstoffe, und er längerfristig in der organischen Bo-
reguliert die Wasser- und Stoffkreisläufe. Für alle Bodenfunktionen spielt die or- densubstanz. Die OBS kann mehrere
ganische Bodensubstanz eine Schlüsselrolle. Aufgrund des feuchten und kühlen Tausend Jahre alt werden (Gies et al.
Klimas sowie der relativ nachhaltigen Waldnutzung speichern Schweizer Waldbö- 2021), wenn der Humus an Minerale
den pro Flächeneinheit die grössten Vorräte organischer Bodensubstanz Europas. gebunden vor dem vollständigen Ab-
Dieser Vorrat hat sich über Tausende Jahre hinweg aufgebaut. Der Klimawandel – bau geschützt ist (Lehmann und Kle-
höhere Temperaturen und eine intensivere Trockenheit – sowie grossflächige Stö- ber 2015). Bei gleichbleibenden Bedin-
rungen, beispielsweise durch Windwürfe und Kahlschläge, gefährden die organi- gungen geht man davon aus, dass ein
sche Bodensubstanz. Eine bodenschonende Waldbewirtschaftung sowie eine per- dynamisches Gleichgewicht zwischen
manente Bestockung mit standortsangepassten Baumarten tragen zum Erhalt Kohlenstoffeintrag durch Pflanzen und
dieser wichtigen Ressource bei. -austrag durch mikrobiellen Abbau be-
steht. Klimawandel, forstliche Nutzung
und Waldstörungen, wie beispielsweise
1 Organische Substanz dene Arten von Organismen, deren pri- Windwürfe, verschieben dieses dy-
in Waldböden märe Energiequelle die OBS ist (Bard- namische Gleichgewicht und können
gett und van der Putten 2014). dazu führen, dass vermehrt organische
Die organische Bodensubstanz (OBS) Pflanzen sind der wichtigste Lie- Substanz verloren geht und Waldböden
spielt in Böden eine Schlüsselrolle. Sie ferant organischer Bodensubstanz. zu CO2-Quellen werden.
speichert CO2 in Form von organischem Kleine Bodentiere und Mikroorganis- Dieser Beitrag gibt einen Überblick,
Kohlenstoff, und in Waldböden ent- men zersetzen abgestorbene Blätter wie viel Kohlenstoff in der organischen
hält sie über 90 Prozent des Stickstoffs und Wurzeln und wandeln einen klei- Bodensubstanz gespeichert wird, welche
(N) sowie über 50 Prozent des Phos- nen Teil davon in organische Boden- Faktoren ihre Speicherung in Schweizer
phors (P). Die Organische Bodensubs- substanz um, die landläufig auch «Hu- Waldböden steuern, wie empfindlich sie
tanz vermag Kationen und Anionen so mus» genannt wird (Abb. 1). auf den Klimawandel und Störungen re-
zu binden, dass sie von Pflanzen auf- Die OBS besteht etwa zur Hälfte agiert und mit welchen Massnahmen
genommen, aber kaum ausgewaschen aus Kohlenstoff, der in einer Viel- man die OBS schützen kann.
werden. Ausserdem erhöht die OBS die zahl organischer Verbindungen vor- Methodik: Die hier gezeigten Er-
Porosität des Bodens und damit des- liegt. Sie bildet sich aus abgestorbe- gebnisse stützen sich auf die Analyse
sen Kapazität, Wasser und Luft zu spei- nem Pflanzenmaterial, das von Boden- von 1050 Bodenprofilen der WSL-Bo-
chern. Auch das Leben im Boden ist organismen ab- und umgebaut wird. dendatenbank, bei denen die Kohlen-
eng mit der organischen Bodensubstanz Die grösste Menge wird dabei wieder stoffvorräte bis zum Ausgangsgestein
verknüpft. In einem Gramm Boden le- als CO2 an die Atmosphäre zurückge- (oder durchschnittlich bis in 120 cm
ben zwischen 2000 und 18 000 verschie- geben. Nur wenige Prozente der ur- Tiefe) erfasst wurden. Die Identifika-
a b c d
Abb. 1. Organische Bodensubstanz im Schweizer Wald. a) Typischer Rohhumus eines subalpinen Nadelwaldes, bei dem sich aufgrund der
geringen biologischen Aktivität eine mächtige organische Auflage bildete. b) Typischer Mull des Schweizer Mittellandes, bei dem durch rege
biologische Aktivität insbesondere durch Regenwürmer die anfallende Streu innerhalb eines Jahres weitgehend abgebaut beziehungsweise
mit dem Mineralboden durchmischt wird. Elektronenmikroskop-Aufnahmen zeigen die OBS-Entwicklung von c) schwach zersetzten Pflan-
zenrückständen bis zu d) an Minerale gebundene OBS, deren Struktur nicht mehr erkennbar ist (Fotos: M. Walser, B. Frey, WSL).
WSL Berichte, Heft 126, 202214 Forum für Wissen 2022
a) b)
200
Biomasse C (tC/ha)
150
100
50
0
Boden-OBS (tC/ha)
50
100
150
± 200
1:2'200'000 Jura Mittel- Vor- Alpen Alpen-
-2
0 25 50 km
land alpen südseite
SOC stock 0-100 cm [kg m ]
0 3 6 9 12 15 18 21 24 40 Data Source:
Lakes: Vector 200 © 2007 swisstopo (DV033492.2) Biomasse Organische Mineral-
Relief 1:1'000'000 © 2012 swisstopo
Swiss Boundary: BFS GEOSTAT, swisstopo Auflage boden
Abb. 2. a) Kohlenstoff-Vorräte in Schweizer Waldböden, die mittels geostatistischer Methoden aus der signifikanten Beziehung zwischen
Niederschlag, Topografie und C-Vorrat ermittelt wurden (von Nussbaum et al. 2014). b) Vorrat an Kohlenstoff in der Waldbiomasse, in der
organischen Auflage und im Mineralboden bis in 120 cm Tiefe von Waldböden in den biogeographischen Regionen der Schweiz (n=1012
Profile; WSL-Bodendatenbank).
tion der steuernden Faktoren erfolgte genannten organischen Auflage. Diese Der grösste Teil der OBS liegt im Mi-
mit einer Varianzanalyse (Gosheva besteht fast vollständig aus rein orga- neralboden vor. Neue Erkenntnisse
et al. 2017); die Kohlenstoffvorräte nischen Verbindungen, zum einen aus zeigen, dass «alte», stabile OBS in ers-
wurden mittels multivariater Metho- erkennbaren Rückständen der Streu, ter Linie aus abgestorbenen Mikro-
den in die Fläche extrapoliert, woraus aber auch aus stark abgebauten und organismen (Nekromasse) und deren
sich die C-Vorräte auf regionaler und umgewandelten Komponenten (siehe Umwandlungsprodukten besteht, die
schweizweiter Ebene ergaben (Nuss- Abb. 1). Schweizer Nadelwälder spei- sich mit Bodenmineralen verbinden.
baum et al. 2014). chern in der organischen Auflage mehr Diese Verbindungen verhindern oder
Kohlenstoff als Laubwälder (38 vs. 10 verzögern den vollständigen Abbau
tC/ha), weil Nadelstreu schlechter ab- der OBS stark (Lehmann und Kleber,
baubar ist als Laubstreu. Dagegen wei- 2015). Im Unterboden (> 50 cm Tiefe)
2 Schweizer Waldböden sen Laubwälder im Mineralboden et- von Schweizer Waldböden fanden Gies
verfügen über hohe was höhere Kohlenstoffvorräte auf et al. (2021) mehrere tausend Jahre alte
Kohlenstoff-Vorräte (Abb. 3). Rückstände von Mikroorganismen.
Schweizer Waldböden speichern in der
organischen Bodensubstanz durch- 200
schnittlich 143 Tonnen Kohlenstoff (C)
175
Bodenkohlenstoff (tC ha–1)
pro Hektar (Nussbaum et al. 2014,
Abb. 2a). Dies sind etwa 20 Prozent 150 Organische
mehr als in der lebenden Biomasse Auflage
125
von Wäldern enthalten sind (Abb. 2b).
Damit haben Schweizer Waldböden 100
pro Flächeneinheit die höchsten Koh-
75 Mineral-
lenstoff-Vorräte in Europa. Deutsche
boden
Waldböden weisen beispielsweise ei- 50
nen Vorrat von nur 117 Tonnen C / ha
25
auf (Grüneberg et al. 2014). Ursache
für den hohen Kohlenstoffvorrat in 0
Schweizer Waldböden ist das relativ 1500 m
kühle und feuchte Klima, die relativ na- Höhe ü.M.
turnahe Waldnutzung sowie das hohe Laubwald Nadelwald
Alter des Waldes in der Schweiz. Abb. 3. Vorrat an Kohlenstoff in der organischen Auflage und im Mineralboden von Laub-
In Schweizer Waldböden befinden und Nadelwald in verschiedenen Höhenlagen der Schweiz. (n=1012 Profile; WSL-Boden-
sich gut 15 Prozent der OBS in der so datenbank)
WSL Berichte, Heft 126, 2022Forum für Wissen 2022 15
3 Welche Faktoren steuern Tab. 1. Steuernde Faktoren des Humusvorrats. Erklärende Varianz von Bodeneigenschaf-
ten, mittlerer Jahrestemperatur (MAT), mittlerem Jahresniederschlag (MAP) und Waldtyp
die organische Boden (Gosheva et al. 2017). Varianzanalyse mit Daten von 1050 Bodenprofilen:
substanz? n. s.: nicht signifikant, *p16 Forum für Wissen 2022
2022). Ergebnisse eines 15-jährigen Be- 25
wässerungsversuchs der WSL in einem
trockenen Föhrenwald (Pfynwald, Wal-
Kohlenstoff in Auflage (tC/ha)
lis) zeigen aber, dass sich die Tiefen- 20
verteilung der organischen Bodensub-
stanz verändert. Unter der durch den
Klimawandel verstärkten Trocken- 15
heit hat es einen grösseren Kohlen-
stoffvorrat in der organischen Auflage.
Demgegenüber weist der obere Mine- 10
ralboden unter trockenen Bodenver-
hältnissen einen geringeren Kohlen-
stoffvorrat auf als unter feuchten Be- 5
dingungen (Abb. 4). Guidi et al. (2022)
führen diese Effekte der Trockenheit
auf einen geringeren Eintrag durch 0
400–600 900–1500
Wurzeln und eine reduzierte Aktivi- Höhe ü.M.
tät von Regenwürmern zurück. Regen-
Kontrolle Windwurf
würmer ziehen Streu in den Mineral-
boden und vermengen sie dort mit Bo-
denmineralen, verbrauchen dabei aber Abb. 5. Auswirkungen der durch Vivian und Lothar verursachten Windwürfe auf den Vorrat
nur einen geringen Anteil der Streu an Kohlenstoff in der organischen Auflage. Mittelwerte und Standardfehler von je 10 Flächen
für ihren eigenen Stoffwechsel. Regen- von 400–600 m ü. M. sowie je 8 Flächen von 900–1500 m ü. M.
würmer fahren ihre Aktivität bei Tro-
ckenheit stark zurück, was zu einem ge- dell kommt dem Niederschlag hinsicht- nere Klima zurückführten. Langfristig
ringeren Einbau von Kohlenstoff aus lich der Kohlenstoffvorräte im Mine- können solche scheinbar kleinen Än-
der Streu in den Mineralboden führt ralboden eine grössere Bedeutung zu derungen im Humusvorrat grosse Aus-
(Guidi et al. 2022). Langfristig führt als der Temperatur (Tab. 1). Insgesamt wirkungen auf den CO2-Gehalt der At-
dies zu einer niedrigeren Kohlenstoff- legen diese Ergebnisse nahe, dass in ei- mosphäre haben.
speicherung. Unterstützt wird dieser nem zukünftig wärmeren und trocke- Das Risiko, organische Bodensubs-
Befund durch die regionale Verteilung neren Klima Kohlenstoff aus den Bö- tanz zu verlieren, besteht auch durch
der Kohlenstoffvorräte in der Schweiz. den verloren geht. Wie schnell und wie indirekte Folgen des Klimawandels. In
Entlang des Klimagradienten in der stark die Abnahme sein wird, lässt sich den letzten Jahrzehnten hat die Inten-
Schweiz, bei dem es vom Schweizer bisher nicht quantifizieren. In den bay- sität von Störungen zugenommen, wie
Mittelland bis an die Waldgrenze küh- rischen Alpen fanden Prietzel et al. beispielsweise durch Windwürfe oder
ler und feuchter wird, nimmt die Spei- (2016) eine 14 %-Abnahme des Koh- nach warmen und trockenen Som-
cherung von Kohlenstoff in Schwei- lenstoffvorrats in Waldböden inner- mern durch Borkenkäferbefall. Solche
zer Waldböden mit der Höhenlage zu halb dreier Jahrzehnte, was die Wissen- Störungen verändern das Bestandes-
(Abb. 2 und 3). Im statistischen Mo- schaftler auf das wärmere und trocke- klima im Wald, sodass der Boden um
12
Organische
Auflage
10 0
(verglichen mit Kontrolle)
Bodenfauna Häufigkeit
8 –5
Bodentiefe (cm)
Trockene Mineral-
Bewässert
6 Kontrolle boden
–10
4
–15
2
–20
0
Asseln Milben Spring- Enchy- Regen- 0 500 1000 1500 2000
schwänze träen würmer Organische Bodensubstanz (gC m–2)
Trockene Kontrolle Bewässert
Abb. 4. Häufigkeit der Bodenfauna und Tiefenverteilung der Kohlenstoffvorräte im Oberboden nach 15-jähriger Bewässerung in einem tro-
ckenen Föhrenwald (Pfynwald, Wallis) (Guidi et al. 2022). Mittelwerte und Standardfehler von je vier Versuchsflächen mit jeweils 4 Profilen.
WSL Berichte, Heft 126, 2022Forum für Wissen 2022 17
bis zu 5 °C wärmer werden kann. Auch sich auf die OBS-Speicherung aus- deutet dies eine bodenschonende Hol-
der Kohlenstoffeintrag in den Boden wirkt. Eine intensive Waldbewirtschaf- zernte, eine permanente Bestockung
nimmt ab, und die Struktur des Bo- tung mit einer grossflächigen Hol- durch Plenter- oder Dauerwald, sowie
dens wird durch Wurzelteller geworfe- zernte (Kahlschläge) führt generell die Förderung eines stabilen, arten-
ner Bäume gestört. Dies regt die bio- zu Kohlenstoffverlusten aus dem Bo- und strukturreichen Waldes zur Mini-
logische Aktivität im Boden an, so dass den (Mayer et al. 2020). Besonders der mierung von flächigen Störungen wie
Bodenorganismen die OBS verstärkt Einsatz schwerer Forstmaschinen bei Borkenkäferbefall oder Windwurf.
abbauen. Eine WSL-Studie (siehe Bei- der Holzernte bricht die Bodenstruk-
trag von Mayer et al. 2022), in der die tur mechanisch auf, was den mikrobi-
Böden von 19 Flächen Jahrzehnte nach ellen Abbau vormals geschützter OBS
den Stürmen Lothar und Vivian unter- anregt. Zusätzlich erhöht das wärmere 7 Literatur
sucht wurden, zeigt, dass Windwürfe zu Bodenklima nach Kahlschlägen die
starken Kohlenstoff- bzw. CO2-Verlus- CO2-Freisetzung aus dem Boden. Im Bardgett, R.D.; van der Putten W.H.,
ten aus der organischen Auflage führen Gegensatz hierzu fördert eine natur- 2014: Belowground biodiversity and eco-
(Abb. 5). Der Mineralboden war weni- nahe und standortsangepasste Wald- system functioning. Nature 515: 505–511.
ger betroffen. Die Verluste hängen je- bewirtschaftung mit einer permanen- Crowther, T.W; Todd-Brown, K.E.O.;
doch von der Höhenlage ab. Während ten Bestockung die Kohlenstoffspei- Rowe, C.W. et al. 2016: Quantifying glo-
Windwürfe in tiefergelegenen Wäldern cherung in Böden (Jandl et al. 2007). bal soil carbon losses in response to war-
im Schweizer Mittelland keine Aus- In der Schweiz ist die Kahlschlagswirt- ming. Nature 540, 104–108.
wirkungen hatten, traten bei höher- schaft untersagt, und die Wälder wer- Gies, H.; Hagedorn. F.; Lupker, M.; Mont-
gelegenen Standorten grosse Kohlen- den im Grossen und Ganzen naturnah luçon, D.; Haghipour, N.; van der Voort,
stoffverluste auf. Grund hierfür sind bewirtschaftet. Dies ist wahrscheinlich T.S.; Eglinton, T.I., 2021: Millennial-
wahrscheinlich die grossen Mengen an auch einer der Gründe, wieso Schwei- age glycerol dialkyl glycerol tetraethers
Kohlenstoff, die in höheren Lagen vor zer Waldböden die höchsten Mengen (GDGTs) in forested mineral soils: 14C-
allem in mächtigen organischen Aufla- an Kohlenstoff pro Flächeneinheit im based evidence for stabilization of micro-
gen gespeichert sind. Wenn sich nach europäischen Vergleich aufweisen. bial necromass. Biogeosci. 18: 189–205.
Windwürfen die mikroklimatischen Böden können nur begrenzt Koh- Gosheva, S.; Walthert, L.; Niklaus, P.A.;
Verhältnisse ändern, wird die Auflage lenstoff speichern. Da Schweizer Wald- Zimmermann, S.; Gimmi, U.; Hagedorn, F.,
schneller zu CO2 abgebaut. An steilen böden bereits eine sehr hohe Koh- 2017: Reconstruction of Historic Forest
Hanglagen kann auch Erosion zu dem lenstoffspeicherung haben, ist das Cover Changes Indicates Minor Effects
Verlust beitragen; der mikrobielle Ab- Potenzial, durch eine gezielte Bewirt- on Carbon Stocks in Swiss Forest Soils.
bau scheint jedoch der bedeutendste schaftung noch mehr CO2 zu spei- Ecosystems 20: 1512–1528.
Mechanismus des Kohlenstoffverlusts chern, gering. Prinzipiell wäre die För- Grüneberg, E.; Ziche, D.; Wellbrock, N.,
aus dem Boden zu sein (Mayer et al. derung von Laubholz eine geeignete 2014: Organic carbon stocks and seques-
2017). Im Gegensatz dazu haben Bö- Massnahme, weil dadurch die langfris- tration rates of forest soils in Germany.
den des Mittellandes eine mullartige tige Kohlenstoffspeicherung im Mine- Glob. Change Biol. 20: 2644–2662.
Humusform, wo der grösste Teil der ralboden erhöht wird (Wiesmeier et al. Gubler, A.; Schwab, P.; Wächter, D.;
OBS durch die Wechselwirkung mit 2013). Experimentell konnte zudem Meuli, R.G.; Keller, A., 2015: Ergeb-
der Mineralerde stabilisiert ist und da- gezeigt werden, dass Wälder mit einer nisse der Nationalen Bodenbeobachtung
her weniger empfindlich auf Störun- hohen Baumarten-Vielfalt nicht nur zu (NABO) 1985–2009. Zustand und Ver-
gen reagiert. Klimaprojektionen las- einer höheren oberirdischen Biomasse, änderung der anorganischen Schadstoffe
sen ein zunehmend extremeres Klima sondern auch zu einem höheren Gehalt und Bodenparameter. Bundesamt für
mit mehr Störungen erwarten – die ho- an organischer Bodensubstanz füh- Umwelt, Bern. Umwelt-Zustand Nr. 1507.
hen Vorräte an Bodenkohlenstoff im ren (Liu et al. 2018). Allerdings ist der Guidi, C.; Frey, B., Brunner I.; Meusbur-
Schweizer Wald, insbesondere in höhe- Schweizer Wald vielerorts relativ arten- ger, K.; Vogel, M.E.; Chen, X.; Stucky,
ren Lagen, wo Böden mächtige Aufla- reich und hat, wo es die Standortsver- T.; Gwiazdowicz, D.J.; Skubała, P.; Bose,
gen haben, könnten sich hier als nach- hältnisse erlauben, schon einen hohen A.K.; Schaub, M.; Rigling, A.; Hage-
teilig für die CO2-Bilanz erweisen. Laubholzanteil. Zudem weisen Laub- dorn, F., 2022: Soil fauna drives vertical
und Nadelholzbestände im Schweizer redistribution of soil organic carbon in a
Wald einen vergleichbaren OBS-Vor- long-term irrigated dry pine forest. Glob.
rat auf (Abb. 3). Daher erscheint hier Change Biol. 28, 9: 3145–3160.
6 Vermeiden von Kohlen- das Potenzial, durch gezielte Baumar- Hagedorn, F.; Krause, H.-M.; Studer, M.;
stoffverlusten: die beste tenförderung noch mehr Kohlenstoff Schellenberger, A.; Gattinger, A.,
Massnahme im Waldboden zu speichern, mengen- 2018: Boden und Umwelt: organische
mässig begrenzt. Bodensubstanz, Treibhausgasemissionen
Auch die Bewirtschaftung von Wäl- Die geeignetste Massnahme ist und physikalische Belastung von Schwei-
dern beeinflusst die Menge und Qua- deswegen die Vermeidung von Kohlen- zer Böden. Thematische Synthese TS2
lität des pflanzlichen Eintrags in den stoffverlusten durch die Erhaltung des des Nationalen Forschungsprogramms
Boden, die mikroklimatischen Ver- bestehenden Humusvorrates im Bo- «Nachhaltige Nutzung der Ressource Bo-
hältnisse und die Bodenstruktur, was den. Für die Waldbewirtschaftung be- den» (NFP 68), 2. 93 p.
WSL Berichte, Heft 126, 202218 Forum für Wissen 2022
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Abstract
Soil Organic matter in Swiss forests – an essential but sensitive resource
Soil represents an essential component in forest ecosystems. It fulfills key func-
tions as living space, storage for carbon and nutrients, regulation of water and ele-
ment cycles. Soil organic matter plays a key role for all soil functions. Swiss forest
soils contain the greatest organic matter stocks per unit area of all European coun-
tries due to the relatively cool and humid climate and the overall sustainable fo-
rest management. The stocks have built up over thousands of years, but are put at
risk by climate change – higher temperatures and more intense drought – as well
as disturbances by windthrows or clear cuts. A soil-friendly forest harvest, a con-
tinuous forest cover, as well as the promotion of a structure- and species-rich fo-
rest are all contributing to preserve soil organic matter as an essential resource in
the soil.
Keywords: Carbon sequestration, climate change, disturbance, drought, ecosystem
service, forest management, tree species
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WSL Berichte, Heft 126, 2022Forum für Wissen 2022: 19–26 doi.org/10.55419/wsl:32002 19
Waldökosystemernährung und Klimawandel: Schmilzt mit
der Humusauflage auch die Nährstoffverfügbarkeit?
Friederike Lang1 und Jörg Luster2
1
Professur für Bodenökologie, Institut für Forstwissenschaften, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Bertoldstrasse 17,
D-79085 Freiburg; Fritzi.Lang@bodenkunde.uni-freiburg.de
2
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee, und Landschaft WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf
joerg.luster@wsl.ch
Humusauflagen bedecken die Mineralböden in Wäldern. Sie bestehen aus abge- fikationsystem L oder OL), dem Fer-
storbenen Pflanzenresten in unterschiedlichen Zersetzungsstadien und erfüllen mentations-Horizont aus teilweise ab-
wichtige Funktionen im Nährstoff- und Wasserkreislauf der Waldökosysteme. Ak- gebauter Streu mit noch gut erkennba-
tuelle Arbeiten zur Phosphor-Ernährung von Buchenwäldern legen nahe, dass ren Streufragmenten (F oder OF) und
mächtige Humusauflagen das Resultat ökosystemarer Anpassung an P-arme Mi- dem humosen Horizont aus kaffeesatz-
neralböden sind. Als oberste Schicht des Bodens reagieren Humusauflagen beson- artiger, stark abgebauter und umgewan-
ders sensitiv auf oberirdische Veränderungen. Dies ist für Stickstoffeinträge be- delter organischer Substanz (H oder
reits gut belegt und könnte auch für Veränderungen gelten, die mit dem Klima- OH). Der Aufbau der Humusauflage
wandel zu tun haben. Episodisch auftretende Störungen oder ein kontinuierlicher aus 1 bis 3 dieser Horizonte definiert
Temperaturanstieg führen zu einer beschleunigten Mineralisation von Humusauf- zusammen mit der Intensität der Ein-
lagen und können Nährstoffungleichgewichte hervorrufen. Das Belassen der Ern- mischung organischer Substanz in den
terückstände (Äste, Zweige, Rinde) im Bestand sowie die Berücksichtigung des darunterliegenden Mineralboden (Ah-
Waldinnenklimas beim Waldmanagement sind daher besonders an nährstoffar- Horizont) die sogenannten Humus-
men Standorten geboten. formen (typische Ausprägungen: Mull,
Moder, Rohhumus). Die Humusformen
werden durch die Faktoren Bodenei-
1 Humusauflagen als sensible stanz aufweisen (KA 5, Ad-hoc-AG- genschaften, Vegetation (insbesondere
Funktionsträger Boden, 2005). Nach einer groben Un- Baumart), Klima und Bodenorganis-
terteilung besteht die Humusauflage men bestimmt (Abb. 1) und sind des-
Der Begriff Humusauflage umfasst die aus bis zu drei verschiedenen Hori- halb wichtige ökologische Indikatoren.
organischen Horizonte, die in Wäldern zonten, die sich durch ihren Zerset- Die genannten Faktoren werden durch
dem Mineralboden aufliegen und nach zungsgrad unterscheiden: Dem Streu- Störungen stark beeinflusst. Für Bei-
Definition der Deutschen Bodenklassi- Horizont aus wenig zersetzter Streu spiele realer Ausprägungen der Humus-
fikation mehr als 30 % organische Sub- (Horizontbezeichnung je nach Klassi- formen siehe Walthert et al. (2004).
Klima: Störungen:
– Niederschlag – Stickstoffeinträge
– Temperatur – Sturmwurf
– Frost – Schädlingskalamitäten
– Witterungsextreme – Waldbewirtschaftung
Baumart:
– Streumenge
– Streuqualität Streufall
– Durchwurzelung Zersetzung
Humusauflage
Bodenorganismen: (O)L Bioturbation
(O)H (O)F
– Artenzusammensetzung Bodenoberfläche
– Aktivität/Abundanz
Ah
Mineralboden
Bodeneigenschaften:
Kapillarer Verlagerung mit Perkolat,
– Wasserverfügbarkeit
Aufstieg Auswaschung
– Nährstoffverfügbarkeit
– Säurezustand
Humusform: Rohhumus Moder Mull
Abb. 1. Steuergrössen und Schlüsselprozesse, welche gemäss Stand der Forschung die Eigenschaften der Humusauflage und die Humusform
beeinflussen. Dargestellt ist der Aufbau der wichtigsten drei typischen Humusformen.
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