Bodenbearbeitung und Nährstoffnachhaltigkeit
Die Forstbetriebe stehen angesichts der großflächigen Kalamitäten vor großen Herausforderungen bei der Aufforstung der Freiflächen. Als lichtbedürftige Baumart kommt die Eiche grundsätzlich zur Wiederbewaldung von Freiflächen in Frage. Allerdings kann die Konkurrenzvegetation den Erfolg von Eichenkulturen gefährden. Deshalb hat die Bodenbearbeitung vor der Kulturbegründung im norddeutschen Tiefland eine lange Tradition. Forst & Technik hat in den vergangenen Jahren vermehrt über Flächenvorbereitungs- und Pflanzverfahren berichtet (z.B. F&T 4/2022 S. 18 „Fräsen und Kratzen in Streifen“). Es scheint, als ob Bagger die neuen Allzweckmaschinen sind. Mit ihren Kettenlaufwerken erzeugen sie nur einen geringen Bodendruck und ihre Ausleger ermöglichen die Arbeit von der Gasse aus; darum sind sie besonders in zertifizierten Betrieben vielversprechend einsetzbar. In diesem Beitrag befassen wir uns mit den Auswirkungen verschiedener Bodenbearbeitungsmaßnahmen auf den Nährstoffhaushalt – und zwar konkret im Zuge der Flächenvorbereitung für Eichenkulturen. Die Bodenbearbeitung steht im Verdacht, Nährstoffausträge zu begünstigen, da sie die Mineralisierung anregt und die nährstoffaufnehmende Begleitvegetation beseitigt. Allem voran wird eine zusätzliche Grundwasserbelastung durch Nitrat vermutet.
FNR-Projekt
Die Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt (NW-FVA) hat diese Fragen in dem Projekt „Auswirkung von Bodenbearbeitungen auf den Nährstoffhaushalt von Waldböden (ABoNae)“ untersucht. Das geschah ab Herbst 2018 in drei Projektregionen mit einem Schwerpunkt auf dem Eichenanbau (Tab. 1). Die Versuchsflächen im Hohen Fläming, im Ostbraunschweigischen Flachland und im Hessischen Ried bestanden dabei jeweils aus drei Parzellen, um folgende Verfahren miteinander zu vergleichen (Abb. 1):
- Kulturbegründung ohne vorherige Bodenbearbeitung (Kontrolle),
- Kulturbegründung nach ortsüblicher Bodenbearbeitung (Hoher Fläming: Streifenpflug, Ostbraunschweigisches Flachland: flächiges Mulchen, Hessisches Ried: flächiges Mulchen mit anschließendem flächigem Fräsen) und
- Kulturbegründung nach flächiger Bodenbearbeitung mit dem Bagger mit Silvafix-Aggregat von der Rückegasse aus.
Zwei Jahre nach den Bodenbearbeitungen haben die Forscher der NW-FVA Bodenproben gesammelt, um Stickstoff- und pflanzenverfügbare Nährstoffvorräte zu bestimmen. Zusätzlich haben sie über einen Zeitraum von zwei Jahren nach den Bodenbearbeitungen mit Hilfe von Mikrokosmenlysimetern (Abb. 6) Sickerwasser aufgefangen, um die Nährstoffauswaschung quantifizieren zu können. Nur unter den Schlagabraumwällen der Baggerräumung war das nicht möglich. Weil aber gerade dort große Mengen an nährstoffreichem, organischem Material konzentriert sind – hohe Nährstoffausträge also denkbar sind – hat die NW-FVA den Mineralboden unter den Wällen im Herbst und Frühjahr auf mineralisierten, unmittelbar pflanzenverfügbaren Stickstoff (Nmin) untersucht. Das geschah auch unter den Pflugbalken und auf den Kontrollflächen. Die Ergebnisse wurden mit den Stickstofffrachten in den Lysimetern verglichen. Die Differenz aus den Herbst- und Frühjahrsvorräten entspricht näherungsweise der ausgewaschenen Menge an Nitrat. Im Winter findet keine Nährstoffaufnahme durch Pflanzen statt und in den Sommermonaten verhindert die Pflanzenverdunstung in der Regel die Grundwasserneubildung und damit die Auswaschung.
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Bodenproben zeigten eine deutliche Abnahme der pflanzenverfügbaren Nährstoffvorräte in einer Bodentiefe bis zu 30 cm durch die Baggerräumung im Vergleich zur unbearbeiteten Kontrolle im Hohen Fläming (Abb. 3). Beim Magnesium sanken die Vorräte um über 80 %. In den anderen Regionen nahmen die Vorräte ebenfalls ab, aber nicht so stark ausgeprägt.
„Es sollte keine flächige Räumung mit dem Bagger durchgeführt werden, wenn die Gefahr besteht, den Humuskörper zu entfernen.“
Bei der Streifenpflugbearbeitung im Hohen Fläming nahm der Vorrat in der Pflugsohle etwa so stark ab wie bei der Baggerräumung. Weil die Vorräte in den Pflugbalken aber stiegen, war auf der Fläche im Mittel kaum eine Änderung beim Nährstoffvorrat zu beobachten. Auch im Hessischen Ried und im Ostbraunschweigischen Flachland, wo die Flächen gefräst und gemulcht wurden, änderten sich die Vorräte im Vergleich zur Kontrolle kaum. Ausnahmen machten nur die Nährstoffe Magnesium im Hessischen Ried und Stickstoff im Ostbraunschweigischen Flachland, die ab- bzw. zunahmen.
Die durchschnittlichen jährlichen Nährstofffrachten mit dem Sickerwasser in einer Bodentiefe bis 30 cm waren im Vergleich zu den Vorräten auf den Kontrollflächen gering (Abb. 4) und betrugen z.B. lediglich 2 – 4 % der Stickstoffvorräte. Die Nährstoff- und Nitratfrachten der baggergeräumten Flächen lagen auf einem Niveau mit denen der Kontrolle. Die absolut höchsten Nitratfrachten zeigten die Pflugbalken, mit über 100 kg NO3-N/ (a*ha). Die anderen regionalen Standardverfahren lagen auf dem Niveau der Kontrolle oder darunter (Ausnahme: Calzium auf der gefrästen Fläche).
Die Nmin-Beprobung zeigte für die Kontrollfläche sowohl im Herbst 2020 als auch im Frühjahr 2021 sehr geringe NO3-N-Vorräte nahe Null (Abb. 5). Hingegen zeigten die Pflugbalken im Hohen Fläming erwartungsgemäß höhere Werte von etwa 25 kg/ha im Mittel im Herbst 2020 und 20 kg/ha im Frühjahr 2021; dies entsprach einem vermuteten Austrag von 5 kg/ha. In den Bereichen der Rückegassen mit der Schlagabraumablagerung (Baggerwall) waren in jeder Region hohe Werte im Herbst 2020 und geringere Werte in Frühjahr 2021 zu verzeichnen. Im Hohen Fläming betrug die Differenz zwischen Herbst und Frühjahr ca. 15 kg/ha, im Hessischen Ried 10 kg/ha und im Ostbraunschweigischen Flachland 20 kg/ha. Folglich ist vor allem unter den Baggerwällen mit Nitratausträgen zu rechnen.
Nährstoffvorräte
Die besonders hohe Minderung der Nährstoffvorräte im Hohen Fläming nach Baggerräumung lassen sich durch das vollflächige Abziehen der Humusauflage und Vegetationsdecke erklären (Abb. 1). Da der Humuskörper von einem Graswurzelfilz durchsetzt war, wurde dieser bei der Räumung des Schlagabraumes unplanmäßig mitabgezogen, sodass der Mineralboden vollständig frei lag. Auf dem schwach mit Nährstoffen versorgten Standort sind aber die meisten Nährstoffe im Humus und in der Vegetation gespeichert. In den anderen Regionen nahm der Nährstoffvorrat nicht so stark ab. Dort lag nicht so viel Humus auf, außerdem gab es keinen Graswurzelfilz, der auf die Rückegasse hätte verlagert werden können. Beim Streifenpflug war der gleiche Effekt zu beobachten, nur kleinräumig. In der Pflugsohle kam es aufgrund der Humusentfernung zur Vorratsabnahme und in bei den Pflugbalken aufgrund der Humusanreicherung zu einer Vorratszunahme. Das Fräsen und Mulchen beeinträchtigten die Nährstoffvorräte nicht, da Fräsen und Mulchen den Schlagabraum den Schlagabraum lediglich zerkleinert und einarbeitet, aber nicht horizontal verlagert.
Nährstoffverfrachtung
Bei der Nährstoffverfrachtung mit dem Sickerwasser spiegelt das niedrige Niveau der Kontrolle im Hohen Fläming den vollflächigen Bewuchs wieder. In den anderen Regionen zeigten die Kontrollparzellen keinen vollflächigen Bewuchs. Wegen der Freiflächenlage stiegen dort die Mineralisierungsraten und das Sickerwasser konnte zum Teil deutlich mehr Nährstoffe verfrachten. Zwar sind die absoluten Nährstofffrachten im Sickerwasser nach der Baggerräumung gering, im Verhältnis zu den auf der Fläche verbliebenen, geringen Nährstoffvorräten, sind sie allerdings hoch.. So werden z.B. im Hohen Fläming 40 % des verbliebenen pflanzenverfügbaren Magnesiumvorrates innerhalb von zwei Jahren ausgewaschen, sodass am Ende des Untersuchungszeitraums in 0 – 30 cm Bodentiefe nur noch 12 % des ursprünglichen pflanzenverfügbaren Magnesiumvorrates vorhanden sind. Die Vorratszunahme in den Bereichen der Pflugbalken schlägt sich auch dort in erhöhten Nährstofffrachten im Sickerwasser nieder. Die geringen NO3-N-Frachten im Sickerwasser bei der Fräsbearbeitung im Hessischen Ried sind vermutlich auf eine N-Immobilisierung durch die Einarbeitung von holziger Biomasse mit einem weiten C/N-Verhältnis in den Mineralboden zurückzuführen.
Mineralisierter Stickstoff
Im Vergleich zur Kontrollparzelle zeigten die Bodenbearbeitungsverfahren Bagger und Streifenpflug in den Bereichen mit Humusablagerungen (Baggerwall und Pflugbalken) deutlich höhere Vorräte an mineralisiertem, unmittelbar pflanzenverfügbarem Stickstoff (Nmin). Somit ist in diesen Bereichen zumindest temporär mit Nitratausträgen zu rechnen. Allerdings fällt auf, dass in den Pflugbalken die aus den Nmin-Vorräten errechneten, vermuteten Austräge deutlich geringer sind als die NO3-N-Austräge der Lysimeter. Dieser Unterschied dürfte an den unterschiedlichen Messmethoden liegen. In den Mikrokosmenlysimetern wurden alle Wurzeln gekappt und somit eine Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen verhindert. Bei der Nmin-Beprobung wurde der Boden außerhalb der Lysimeter beprobt. In diesen Bereichen war eine Pflanzenaufnahme durch den angrenzenden Bewuchs neben den bearbeiteten Streifen möglich und so die Auswaschung wahrscheinlich deutlich geringer. Die geringeren Nmin-Vorräte und vermuteten Austräge unter den Schlagabraumwällen im Hessischen Ried im Vergleich zu denen der anderen Regionen sind auf den starken Bewuchs der Wälle durch Spätblühende Traubenkirsche zurückzuführen, welche im Zuge der Räumung dort abgelagert wurde, danach weiter gewachsen ist und so die Nährstoffe vermutlich aufgenommen hat. Die hohen Werte im Ostbraunschweigischen Flachland führen wir auf die gute Nährstoffversorgung des Standortes und die dadurch engeren C/N-Verhältnisse des Humus‘ und die schnellere Mineralisierung organischer Substanz zurück.
Schlussfolgerungen
Baggerräumungen mit dem Silvafix-Aggregat, die mit Humusverlagerungen auf die Rückegasse einhergehen, sollten auf schwach mit Nährstoffen versorgten Standorten vermieden werden. Neben einer massiven Vorratsminderung auf der geräumten Fläche kommt es in den Bereichen mit Humusanreicherung zu erhöhten Nährstoffausträgen. Daher sollte keine flächige Räumung mit dem Bagger durchgeführt werden, wenn die Gefahr besteht, den Humuskörper zu entfernen. Eine streifenweise Bearbeitung ohne Humusablagerung auf der Rückegasse wird empfohlen. Eine vollflächige Bearbeitung mit der Fräse oder dem Mulcher wird in den beiden Projektregionen hingegen als nährstoffnachhaltig bewertet. Trotz zeitweiliger Nährstoffausträge ist die Bodenbearbeitung mit Streifenpflug zumindest in der Projektregion (Hoher Fläming) der Baggerbearbeitung vorzuziehen, da es nicht zu flächigen Nährstoffvorratsverlusten, sondern nur zu einer kleinräumigen Nährstoffumverteilung kommt. Bleibt der Begleitwuchs nach einer Bodenbearbeitung aus, können Nutzpflanzendecken für eine schnelle Eingrünung ausgesät werden. Der Begleitwuchs und die Forstkultur sind in der Lage große Mengen an Nährstoffen aufzunehmen und reduzieren somit einen Verlust an Nährstoffen durch Auswaschungen.
Dominik Tamke hat an der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt NW-FVA im Sachgebiet Waldverjüngung das Projekt „Auswirkung von Bodenbearbeitungen auf den Nährstoffhaushalt von Waldböden (ABoNae)“ bearbeitet. Dr. Holger Sennhenn-Reulen ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Waldwachstum, und Dr. Ulrike Talkner leitet die Abteilung Umweltkontrolle. Die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) hat das Projekt ABoNae gefördert.
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