Universität Tübingen
Kohlenstoffdynamik von jungen experimentellen Aufforstungen in Thüringen
Abstract
Nach Artikel 3.3. des Kyoto-Protokolls können Aufforstungen als Kohlenstoff (C) Senken angerechnet werden. Junge Aufforstungen können jedoch signifikante C-Quellen darstellen, wenn der C-Austrag durch Bodenatmung die C-Speicherung durch den Biomassezuwachs der Bäume übersteigt. Das Ziel dieser Arbeit war, i) die Faktoren zu untersuchen, die den Anwuchserfolg der Bäume bei Freiflächenaufforstungen bestimmen, ii) den Einfluss der Flächenvorbereitungsmaßnahmen und Veränderungen im Flächenmanagement auf die C-Bilanz des Systems zu quantifizieren, iii) den Einfluss historischer Landnutzungswechsel und der Bodenfauna (Regenwürmer) auf die C-Dynamik zu untersuchen und iv) die Heterogenität der C-Vorräte im Boden auf zwei Aufforstungsflächen zu analysieren, um ein optimiertes Beprobungsdesign für zukünftige Untersuchungen auf diesen Flächen zu entwickeln. Die Ergebnisse dieser Studien sind in sechs Publikationen zusammengefasst. Sie bilden die Grundlage für das Langzeitexperiment BIOTREE, in dessen Rahmen diese Arbeit angefertigt wurde. Das Experiment umfasst drei Flächen von insgesamt 70 ha in Thüringen. Das Ziel dieses Experimentes ist es in Zukunft den Einfluss der Baumartenvielfalt auf ökosystemare Prozesse zu untersuchen. Dazu wurden 300 000 Setzlinge 19 verschiedener Baumarten gepflanzt. Der Anwuchserfolg der 19 verschiedenen Baumarten, sowie die Einflussfaktoren, die den Anwuchserfolg bestimmen, wurde untersucht. Ausfälle von bis zu 79% pro Baumart verlängern die Zeit bis die Aufforstungsfläche zu einer Netto-C-Senke wird. Untersuchungsflächen mit hoher Baumartenvielfalt waren resistenter gegenüber Verbissschäden durch Schermäuse und Hasen als Flächen mit geringer Baumartenvielfalt. Die Flächen Mehrstedt und Kaltenborn wurden vor 23 und 29 Jahren teilweise von Acker zu Grünland umgewandelt. Diese vergangenen Landnutzungsänderungen ergaben keine signifikanten Veränderungen der C-Vorräte im Boden aber eine veränderte vertikale C-Verteilung. Hohe C-Vorräte wurden unterhalb der Pflugsohle auf den tonreichen Böden der Ackerfläche Mehrstedt gefunden. Die Quell- und Schrumpfdynamik der Tonminerale führte zu einem beschleunigten C-Transport in den Unterboden. 14C Altersbestimmungen des organischen Kohlenstoffs bestätigten diese Hypothese. Nur im obersten Bodenhorizont auf der Grünlandfläche Kaltenborn sind die mineralischen Oberflächen C-gesättigt und können deshalb keinen zusätzlichen Kohlenstoff physikalisch stabilisieren. Die großen ungesättigten mineralischen Oberflächen der Unterböden stellen ein ungenutztes Potenzial zur Stabilisierung und Speicherung von zusätzlichem Kohlenstoff dar. Der Netto-C-Fluss zwischen der Landoberfläche und der Atmosphäre wurde auf der Aufforstungsfläche Mehrstedt und einem angrenzendem Grünland mit zwei Eddy- Kovarianz-Türmen gemessen. Die Bruttoprimärproduktion der Aufforstungsfläche war um 41% (erstes Jahr) bis 14% (drittes Jahr) geringer als die der benachbarten Grünlandfläche. Die Flächenvorbereitung der Aufforstung mit Tieffräsen der Pflanzreihen zerstörte 30% der nicht-verholzten Vegetation, die die C-Flüsse der Fläche bestimmten. Eine beschleunigte Mineralisierung von Bodenkohlenstoff auf der Aufforstungsfläche führte im ersten Jahr zu einem Netto-C-Verlust von 1.2 t ha-1. Dahingegen war die saisonale C-Dynamik durch klimatische Faktoren bestimmt und durch Störungen durch das Flächenmanagement. Die Detektierbarkeit von Veränderungen der C-Vorräte im Boden wird durch deren räumliche und vertikale Heterogenität bestimmt. Die Variabilität der Bodenkohlenstoff-konzentration war ein bis zwei Größenordnungen größer als die der Feinbodendichte. Aus diesen beiden Parametern werden die C-Vorräte im Boden errechnet. Mit einem Simulationsmodel konnte gezeigt werden wie diese Information genutzt werden kann, um das Beprobungsdesign zu optimieren mit 12 - 19% weniger Proben aber unveränderter statistischer Genauigkeit. Der Einfluss von Regenwürmern auf den C-Transport und die C-Stabilisierung wurde untersucht, um den Effekt von verringerter Regenwurmabundanz in Wäldern auf die C Dynamik im Boden abschätzen zu können. Tiefgrabende Regenwürmer haben frischen Detritus schnell und effektive in den Unterboden transportiert und dort an den Gangwänden abgelagert. Entgegen der Hypothese, dass Regenwürmer zur C Stabilisierung beitragen wurde ein schneller C-Abbau in den Regenwurmgängen gemessen mit Umsatzzeiten von 3 bis 5 Jahren. Ein NMR (nuclear magnetic resonance) Relexationszeit-experiment und Messungen zur Enzymaktivität in den Regenwurmgängen ergaben keine Hinweise auf eine C-Stabilisierung durch Regenwürmer. Die C-Dynamik der untersuchten Aufforstungsflächen wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, von denen sich einige kontinuierlich mit Heranwachsen des Waldes ändern werden, wie z.B. die Regenwurmabundanz oder die Bodenfeuchtedynamik. Dies wird zu Rückkopplungen auf den C-Kreislauf und auf die C-Speicherfunktion der Aufforstung führen.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
-
- Don, Axel
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/44036