In Mitteleuropa wurden aufgrund betriebswirtschaftlicher Überlegungen seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts vor allem Fichten-Reinbestände gefördert. Bereits früh ging die bodenkundliche Forschung davon aus, dass der Baumbestand einen nachweisbaren Einfluss auf die Bodenbildung ausübt. In Reinbeständen erhoffte sie sich, diesen Wechselwirkungen auf die Spur zu kommen. Gerade in Fichtenforsten, gestützt durch wirtschaftliche Interessen, hat sich in der Folge eine rege Forschungstätigkeit entfaltet.
Bestärkt durch beobachtete Ertragsrückgänge auf fortwährender Fichtenmonokultur, ergab sich die Hypothese, dass generationsweise wiederholter Fichtenreinanbau auf Böden mit geringer Basenausstattung zu verdichteter Lagerung, Versauerung und Nährstoffauswaschung im Oberboden führen kann [REHFUSS 1990].
Diese Entwicklung wurde jedoch nicht in allen Fällen
festgestellt. Insbesondere topographische und geologische Standorteinflüsse
modifizieren offenbar die Bodenbildung in hohem Masse. Die Reaktionen
unterschiedlicher Bodenformen auf den Fichtenanbau sowie dessen
Langzeiteffekte werden denn auch kontrovers diskutiert.
Diese Arbeit hat sich zwei Ziele gesetzt:
Die folgenden Ausführungen des Kapitels 'Grundlagen' stützen sich weitgehend auf REHFUSS (1990). Darin werden die Forschungsergebnisse zahlreicher Arbeiten der letzten drei Jahrzehnte aus dem europäischen Raum zusammengefasst. Der Autor greift dabei hauptsächlich auf die Arbeiten von SCHLENKER et al. 1969, SCHLENKER & DENNO 1971, MIELICH & ZÖTTEL 1973, NIHLGÅRD 1971, HERBAUTS & DEBUYL 1981 zurück.
Vegetation und Substrat stehen in enger Wechselwirkung. In einem Wald beeinflusst der Baumbestand den Boden bzw. die Bodenbildung in den in Abb.1 schematisch angeführten Bereichen.
Absterbende Blätter und Nadeln stellen das chemisch unterschiedlich zusammengesetzte Ausgangsmaterial für die Zersetzung durch Bodenlebewesen dar. Die in unterschiedlichen Waldgesellschaften jeweils typischen Begleitfloren (Strauch-, Kraut- und Moosschicht) ergänzen dieses Angebot.
Je grösser der Anteil der Lignine und Gerbstoffe
im organischen Material, desto schwerer abbaubar ist es [SCHRÖDER
1992]. In Nadelwäldern findet sich deshalb in der Regel eine
grössere Menge unzersetzter Bestandteile im Oberboden. Baumarten
durchwurzeln den Boden in unterschiedlicher Weise. Die Verteilung
der Porengrössen, der Gehalt an organischer Substanz über
die Tiefe, der Wasser- und Nährstoffhaushalt werden dadurch
geprägt. Das Mikroklima beeinflusst durch seine Charakteristiken
die Abbauvorgänge. In bewirtschafteten Wäldern bestimmen
die forstwirtschaftlichen Nutzungssysteme die Artenzusammensetzung
sowie die Erneuerung der Bestände. Dabei haben Kahlschläge
einen anderen Effekt auf den Boden als beispielsweise ein Femelschlag
[REHFUSS 1990].
Abb. 1: Einflussfaktoren des Baumbestands auf die
Bodenbildung
In der Folge gehen wir auf vier Teilbereiche ein, in denen sich Fichten- und Buchenbestände unterschiedlich auf die Verhältnisse im Substrat auswirken können.
In Laubwäldern erreicht besonders im Winter mehr Niederschlag den Boden. Dieser trocknet im Frühjahr deshalb später ab. Wegen der grösseren spezifischen Oberfläche und dem dichteren Bewuchs sind die Interceptions- und Verdunstungsbeträge bei Fichte über das ganze Jahr grösser. In der Jahresbilanz erscheinen Böden unter Fichte als trockener [REHFUSS 1990, dort Abb. 3.21 S.150]. Buchen als tiefwurzelnde Bäume mobilisieren auch in tieferen Horizonten noch Bodenwasser, während die flachwurzelnden Fichten v.a. den Oberboden austrocknen.
Unter Fichte erreicht der Anteil der Grobporen in der Regel im Oberboden ein Maximum. Dies wird auf den höheren Humusgehalt und dessen gefügebildenden Einfluss zurückgeführt. Eine systematische Abnahme des Gesamtporenvolumens unter Fichte wird jedenfalls nicht festgestellt.
Unter Fichte haben es die Bodenlebewesen schwerer. Jene, die auf Eiweiss-Stickstoff zum Aufbau von Körpersubstanz angewiesen sind, werden durch die Streu schlechter versorgt als unter Buche. Folge davon sind eine verlangsamte Nitrifikation und ein gehemmter Abbau organischer Substanz, (vgl. Kap. 5.3.3.1).
Darüber hinaus wird in Fichtenbeständen eine geringere Zahl von Regenwürmern und Arthropoden gefunden, während der Anteil Pilze zunimmt. Basidiomyceten bspw. beteiligen sich am Abbau von Lignin und Zellulose [GISI ET AL. 1990]. Die geringere Bioturbation sowie der verzögerte Streuabbau lassen die Auflageschicht anwachsen. Es kommt zu einer Anreicherung organischer Stoffe im Bereich des oberen Mineralbodens.
Was NIHLGÅRD (1970) für südschwedische Braunerden auf Moränen feststellte, wird auch durch andere Ergebnisse gestützt: Unter Fichte vollzieht sich im humosen Oberboden eine pH-Abnahme, gekoppelt mit einem Rückgang des Versorgungsgrads mit basisch wirkenden Kationen (und damit mit pflanzenverfügbaren Nährstoffionen). Gleichzeitig wird ein Anstieg der Gehalte an austauschbarem Aluminium festgestellt.
Mehrere Faktoren werden für diese Entwicklung
verantwortlich gemacht:
Jüngere Resultate haben aber gezeigt, dass die pH-Verhältnisse räumlich sehr stark variieren können.
Untersuchungen in durch Industrieimmissionen stark belasteten Waldbeständen Deutschlands ergaben einen erhöhten Eintrag von Schwefel (als H2SO4) und Stickstoff (als Ammonium und Nitrat) sowie von Schwermetallen in Fichtenbeständen. Die Staubpartikel, Aerosole und Gase werden wegen der grösseren spezifischen Oberfläche der Fichte eher aus der Atmosphäre 'gekämmt' als durch die Buche. Besonders das am Stamm abfliessende Niederschlagswasser reagiert nach KLIMO (1979) immer stark sauer. Weil auf diese Weise prinzipiell mobile Anionen bereitgestellt werden, kann es zu beschleunigten Basen-Kationen-Verlusten aus dem Oberboden kommen. Dadurch wird die Bodenreaktion herabgesetzt.
Das saurere Milieu beschleunigt die Verwitterung. Eisen und Mangan aus Silikatverbindungen werden vermehrt freigesetzt, aus dem Oberboden verlagert und, bei entsprechendem Wasserhaushalt (besonders in Pseudogleyen) in grösserer Tiefe zu Konkretionen aggregiert. Längerfistig sind Merkmale der Podsolierung zu erwarten [HERBAUTS UND DEBUYL 1981]. MIEHLICH (1973) stellte in Fichtenbeständen einen erheblichen Rückgang der Nährsalzkonzentrationen bei Kalium und Phosphor fest, z.T. bis in Tiefen über 90 cm.
Die Aussagen solcher Erhebungen müssen immer vor dem Hintergrund der verschiedenen Standorte gesehen werden, auf die sie sich beziehen. Diese müssen gezielt auf ihre Vergleichbarkeit überprüft werden. Neben den primären Substratunterschieden umfasst diese Prüfung auch die historische Nutzung des Standorts - z.B als Waldweide - sowie die Rekonstruktion der natürlichen (z.B. Waldbrände) und forstwirtschaftlichen Eingriffe. Nur so können Unterschiede von bodenphysikalischen und bodenchemischen Parametern auch wirklich mit dem Baumbesatz in Beziehung gesetzt werden.
Ein weiteres methodisches Problem stellt die Wahl des Stichprobenverfahrens dar (vgl. Kap. 5.3.3). Ergebnisse sind im Prinzip nur unter Berücksichtigung des jeweiligen Probeentnahmeverfahrens und des Stichprobendesigns auf andere Standorte übertragbar.
Für die Auswahl der Beprobungsstandorte sollte ein Zwillingsstandort bestimmt werden, d.h zwei auf kleinem Raum liegende Gebiete, die unterschiedliche Waldbewirtschaftung aufweisen, jedoch in Bezug auf andere Umweltparameter vergleichbar sind. Innerhalb einer Testfläche sollen homogene Strukturen vorhanden sein. So soll sich zeigen, ob die Unterschiede zwischen den beiden Böden auf die Waldnutzung zurückführbar sind.
Umweltparameter
Um die Einflüsse unterschiedlicher Waldnutzungsformen vergleichen zu können, dürfen auf den ausgewählten, benachbarten Gebieten Geologie, Topographie, Exposition, Hangneigung und somit auch das Lokalklima nur kleine Unterschiede aufweisen. Ebenfalls vergleichbar sollte die Nähe zu Wegen und Gewässern sein.
Die ausgewählten Standorte sollen in Bezug auf diese Parameter möglichst allgemein sein, um die Untersuchung von Ausnahmestandorten und Extremsituationen zu vermeiden. Durch die Wahl eines leichtgeneigten Hanges, soll auch der Erosionsbetrag durchschnittlich gehalten werden.
Waldnutzung
Bei den auszuwählenden Waldnutzungsformen handelt es sich einerseits um einen möglichst naturnahen, standortspezifischen Buchenmischwald, ohne grössere waldbauliche Nutzung (Pflanzung) in der Vergangenheit und Gegenwart, sowie andrerseits um einen aufgeforsteten, standortfremden Fichtenbestand.
Daten für die Umweltparameter
Für Grobübersicht, Topographie, Gewässer- und Wegführung, Hangneigung und Exposition wurde die aktuellste Landeskarte (Nr.1111 Albis) im Massstab 1:25'000 verwendet.
Das Mikrorelief wurde aus dem Uebersichtsplan im Massstab 1:5'000 (1982) herausgelesen.
Daten für die Waldnutzung
Auf den oben erwähnten Uebersichtsplan stützt
sich die Bestandeskarte des Stadtforstamtes, aufgenommen im Februar
1993 durch die Firma 'Geo Data Weibel'. Die Waldbestände
werden mit einem dreistelligen Code beschrieben, der nach Entwicklungsstufe
/ Mischungsgrad / Hauptbaumart klassiert. Der Code setzt sich
aus folgender Einteilung zusammen:
| Entwicklungsstufe | 1 Jungwuchs / Dickung | 5 Altholz I |
| 2 Stangenholz | 6 Altholz II | |
| 3 schwaches Baumholz | 7 Altholz III | |
| 4 mittleres Baumholz | 0 ungleichaltrig / stufig | |
| Mischungsgrad | 1 Nadelholz 90-100% | 3 Nadelholz 10-50% |
| 2 Nadelholz 50-90% | 4 Nadelholz 0-10% | |
| Hauptbaumart | 0 Fichte | 5 Buche |
| 1 Weisstanne | 6 Eiche | |
| 2 Föhre | 7 Esche | |
| 3 Lärche | 8 Ahorn | |
| 4 übriges Nadelholz | 9 übriges Laubholz | |
Mit diesen Bestandesflächen verschnitten wurde aus STADTFORSTAMT ZÜRICH (1988a) der Plan Nr. 3: Bewertung der Vegetation (bestockte Flächen), wobei Waldflächen nach den Kriterien "Seltenheit / Naturnähe / Vielfalt" codiert sind.
Erklärungen zur Definition dieser Begriffe liefert
STADTFORSTAMT ZÜRICH (1988b). Je seltener das Vorkommen einer
Pflanzengesellschaft im Vergleich zum Kanton, zum Mittelland und
zur ganzen Schweiz und je grösser diese Fläche im Sihlwald
ist, desto höher ist der zugewiesene erste Code-Wert.
Die Naturnähe wurde am Anteil der ökologisch problematischen Baumarten gemessen, wobei 3 Kategorien gebildet wurden:
Für die Vielfalt wurden 6 Unterkriterien ausgewählt:
Je nach Anzahl der zutreffenden Kriterien wird der
Fläche ein Wert von 0-4 zugewiesen.
Die Addition dieser drei Ziffern des Codes (und weiterer nicht direkt mit der Vegetation zusammenhängenden ökologischen Kennziffern) ergibt den ökologischen Wert:
³ 21 sehr hoch 11-15 mittel
16-20 hoch 6-10 gering
Als Quintessenz dieser Kartenverschnitte resultierte folgende Standortbeurteilung:
Für den naturnahen Standort ideal sind ältere Entwicklungsstufen (Code 4-7).
Mischungsgrade mit wenig Nadelholz (Code 4) und der Buche als Hauptbaumart (Code 5). Ein hoher bzw sehr hoher ökologischer Wert (Code 16-20 / ³21), wobei der Aspekt der Naturnähe (Code 4) dominieren soll.
Der naturferne Ideal-Standort bewegt sich der Vergleichbarkeit halber in Bezug auf die Bestände in den gleichen Altersbereichen (Code 4-7), mit grossem Nadelholzanteil (Code 1) und naturfremder Bezeichnung (Code 0).
Auf den oben festgelegten Flächen mit unterschiedlicher Bewaldung wurde nun folgendermassen vorgegangen:
Sowohl auf dem Fichten- wie auch auf dem Buchenbestand wurden je 5 Stellen bestimmt, welche bezüglich der Topographie wie auch der Vegetation ein möglichst einheitliches Muster aufweisen (Mikrorelief, Baumarten und Baumstrünke in der Umgebung, etc. - vgl. Karte und Graphik 5.8.1 im Anhang). Mit dem Handhumax-Gerät entnahmen wir an den 10 ausgewählten Stellen je einen Kern von 50 cm Tiefe. Um einen Eindruck der Bodendichte / Beschaffenheit zu erhalten, wurden auch die Anzahl Schläge notiert, die es brauchte, bis das Bohrrohr ganz in den Boden gerammt war (vgl. Tabelle 5.8.2 im Anhang). Das Handhumax-Gerät empfiehlt sich für eine solche Untersuchung, bei welcher vor allem der Oberboden von Bedeutung ist, besonders, da es einfach zu handhaben ist, und das Bodenmaterial sogleich in eine Plastikröhre gefüllt wird, was für den Transport sehr praktisch ist.
Zusätzlich zu den Kernen wurde noch pro Bestand je ein Profil von rund 80 cm gegraben, um einen besseren Einblick in den Boden zu erhalten und um eine konventionelle Bodenansprache vornehmen zu können.
Bei der Analyse werden immer wieder bodenkundliche Begriffe angesprochen, die hier kurz dargestellt sind.
C/N-Verhältnis
Stickstoff (N) ist als wichtiger Nährstoff in der organischen Substanz gebunden. Die Zersetzbarkeit von Pflanzenteilen kann mit dem C/N Verhältnis gemessen werden. Besteht ein weites Verhältnis >25, so fehlt den Mikroben N für den Aufbau ihrer Körpersubstanz. Ihre Aktivität nimmt ab und damit auch der weitere Abbau von Substanzen. Behoben werden kann dieser N-Mangel mit Zufuhr von N aus anderen Quellen. Bei einem Verhältnis <20 wird bisher gebundener Stickstoff aus der organischen Substanz freigesetzt. Das Verhältnis kann auch als Messgrösse der biotischen Aktivität betrachtet werden [SCHRÖDER 1992] Je nach Humusform werden unterschiedliche Verhältniszahlen erwartet [SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL 1992].
Kationenaustauschkapazität und Basensättigung
Eine der vitalen Eigenschaften der Bodenpartikel ist es, gasförmige und gelöste Stoffe absorbieren zu können. Neben Wasser und organischen Verbindungen betrifft dies auch Al3+ und H+ -Ionen sowie die wichtigen Nährstoffkationen Ca2+, Mg2+, Na+, und K+. Die Summe der an die negativ geladene Bodenteilchen absorbierbaren Kationen wird Kationenaustauschkapazität (KAK) genannt und in Millimol pro Ladung und Kilogramm Boden angegeben (mmol * z-1 * kg-1 entspricht dem früher gebräuchlichen und in der Literatur noch immer anzutreffenden mval). Nach Konvention wird bei pH 7-7.5 die potentielle Kationenaustauschkapazität (KAKpot) erreicht, beim tatsächlichen Boden-pH die effektive Kationenaustauschkapazität (KAKeff). Sie hängt ab von der Art und dem Gehalt an Tonmineralen und organische Substanzen und variiert in unterschiedlichen Böden beträchtlich. In sauren Böden ist KAKeff immer kleiner als KAKpot. Die Differenz ist umso grösser, je tiefer der pH-Wert und je höher der Anteil 'variabler' Ladungen ist. Während die Tauscherplätze an den Tonmineralien mehrheitlich pH-unabhängig vorliegen ('permanente' Ladung), wirkt sich der Gehalt an organischen Substanzen v.a. auf die 'variablen' (weil pH-abhängigen) Ladungen aus.
Da mit zunehmendem Anteil an Ca2+-, Mg2+-, Na+-,
und K+-Ionen am Kationenbelag der pH steigt, bei zunehmendem Anteil
von Al3+-und H+-Ionen jedoch fällt, werden erstere als basisch
wirkende Kationen, letztere als sauer wirkende Kationen bezeichnet.
Der Anteil der basisch wirkenden Fraktionen an der KAKeff wird
in % ausgedrückt und Basensättigung genannt.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Abhängigkeit von KAKeff und Kationenbelag (in % von KAKpot ) nach SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL (1992, S. 105).
Abb. 2 zeigt vereinfachend die Zusammenhänge:
Stellen wir uns den Ablauf einer typischen, allmählichen
Versauerung eines Waldbodens vor. Beim unvollständigen Abbau
von organischer Substanz (etwa bei schlecht zersetzbarer Streu)
entstehen vermehrt organische Säuren. Damit steigt die H+-Konzentration
in der Bodenlösung. Dieser Überschuss verdrängt
einen immer grösser werdenden Teil der Nährstoffkationen
am Tauscher, sie gehen in Lösung und laufen Gefahr, den Pflanzen
über Auswaschungsvorgänge verloren zu gehen. Ab einem
pH-Wert von ca. < 4.8, wie er bei Waldböden oft anzutreffen
ist, erscheint Al3+ zunehmend im Kationenbelag, wiederum auf Kosten
der Nährstoffkationen.
In den hier vorliegenden Laboruntersuchungen wurde der Absolutbetrag der KAKeff ermittelt. Die Bodenazidität umfasst den Bereich in der linken unteren Ecke der Graphik. Zu den Al3+-Ionen werden die H+ Ionen hinzugerechnet. Bis zu einem pH von ca. > 4.8 ist die Bodenazidität vernachlässigbar klein, darunter erwartet man einen überproportionalen Anstieg auf Kosten der Basensättigung. Unsere Prozentangaben für die Basensättigung beziehen sich nicht auf die KAKpot, sondern auf die KAKeff. Bei pH-Werten von > 4.8 erwarten wir deshalb eine Basensättigung von 100%.
Generell lässt sich festhalten, dass mit sinkender Basensättigung die potentielle Nährstoffverfügbarkeit im Boden abnimmt.
Im Bezug auf die Fragestellung wurden folgende Parameter
ausgewählt, welche speziell die Unterschiede im oberen Bereich
des Bodens wiederspiegeln sollen:
An dieser Stelle sei kurz das methodische Vorgehen
im Bodenlabor erwähnt. Details sind EIDG. FORSCHUNGSANSTALT
FÜR AGRIKULTURCHEMIE UND UMWELTHYGIENE (1989) zu entnehmen.
Aufgrund der Datengrundlagen und der Feldbegehung
vom 19.3.1996 wurde der Zwillingsstandort, zusammengesetzt aus
den Beständen Nr. 2409 und 2406 in der Abteilung 24 [STADTFORSTAMT
1993] ausgewählt (Abb. 3). Die beiden Flächen liegen
nebeneinander oberhalb eines Weges. Durch jedes Gebiet zieht sich
eine Geländekante, deren leichtes Gefälle Richtung Weg
immer wieder von kleinen Ebenen unterbrochen wird. Fotos dazu
befinden sich im Anhang 5.8.3.
Abb. 3: Die beiden gewählten Standorte auf der
Karte Nr. 1111 Albis
Es handelt sich hierbei um eine Fläche mit ökologisch
hohem Wert (Code 20), zusammengesetzt aus der Vegetationsbeurteilung
(Code 2/4/1), was bedeutet, dass es ein durchschnittlicher, naturnaher
und homogener Bestand ist. Die Bestandesaufnahme ergab den Code
445, womit Buchen im Stadium des mittleren Baumholzes mit 0-10%
Nadelholz vermischt gemeint sind.
B1 nimmt beim Buchenstandort die höchste Lage
auf der ungefähren Beprobungslinie ein. Da die Bäume
weniger dicht stehen als beim Fichtenstandort, beträgt die
Distanz zu den Stämmen meist 2.5-6 m. B2 weicht von der ungefähren
Linie ab und liegt nur wenig tiefer als B1. Es handelt sich bei
B2 um einen feuchten und klebrigen Probenahmepunkt. Zwischen B1
und B2 in 7-10 m Distanz steht eine mächtige Föhre und
bei B3 und B4 wurde je eine Fichte von 40-50 cm Durchmesser in
einer Distanz von etwa 6 m gefällt. Bei B3-B5 stehen auch
Eschen bei B5 eine Ahorn (genaue Aufzeichnung der Bäume und
Distanzen im Anhang 5.8.1).
Das Profil wurde neben dem Probenahmepunkt B4 unter dichter Krautschicht gegraben.
Es handelt sich beim Bodentyp um eine Braunerde,
dargestellt in Abb. 4:
Abb. 4: Profilaufnahme Buchenstandort (B4) mit Horizontabfolge
L - (F) - Ah - Bv - C
Humusform: Die Auflage besteht hauptsächlich
aus unzersetzten, letztjährigen Buchenblättern {L},
die den hohen Nährstoffeintrag in den Boden sichern. Schon
zersetzte organische Bestandteile sind nur spurenweise vorhanden
{(F)}. Der diffus endende mineralische Oberboden reicht bis in
eine Tiefe von 10 cm {Ah}. Die Humusform wird als Mull bezeichnet.
Prozesse: Leichte Verdichtung und Zunahme des Tongehaltes
durch Tonneubildung prägen die braungefärbte Zone von
10 cm bis 50 cm Tiefe. In diesem Verwitterungshorizont {Bv} werden
Eisen aus primären Silikaten freigesetzt und Eisenoxide bzw.
Hydroxide gebildet [SCHRÖDER 1992]. Möglich werden diese
Vorgänge, nachdem aus der Feinerde das Karbonat ausgewaschen
wurde. In den Steinen und in der unmittelbar benachbarten Feinerde
ist es jedoch noch enthalten. Die diffuse Karbonatgrenze liegt
in 40-50 cm Tiefe.
Untergrund: Im Horizont unterhalb der verwitterten
Schicht {C} nimmt die Sandfraktion zu und die Farbe verändert
sich zu gräulich, was auf die Zersetzung von Gesteinen zurückzuführen
ist.
Skelett: Die Grösse der meist kantigen Blöcke
und der Skelettgehalt nehmen von {Ah} nach {C} zu.
pH-Messung: Die pH- Messung im Feld erfolgte mit
pH-Hellige. Das Profil ist in 10 cm Tiefe leicht sauer mit pH
= 5, steigt aber an, so dass bei den Messungen in 30, 40 und 70
cm Tiefe wegen der diffusen Karbonatgrenze und dem Einfluss der
Steine jeweils ein konstanter pH von 7 erreicht wird.
Bioaktivität: Sowohl im Ah- als auch im Bv-Horizont
sind klare Spuren von Wurmtätigkeit zu erkennen. Die hohe
Bioaktivität spricht für diesen nährstoffreichen
Standort.
Durchwurzelung: Während der Oberboden von den
dichten feinen Wurzeln der Krautschicht durchwoben ist, reicht
der Hauptwurzelbereich bis etwa zur Karbonatgrenze in 50 cm Tiefe,
womit die Durchwurzelbarkeit als tiefgründig bezeichnet werden
kann [SCHRÖDER 1992]. Vereinzelte Wurzeln erstrecken sich
sogar bis in 80 cm Tiefe, wo das Profil endet.
Wassereinfluss: Der nährstoffreiche Boden ist
frisch. Es sind jedoch keinerlei Spuren zu erkennen, die auf Hangwassereinfluss
oder (Pseudo-) Vergleyung hinweisen würden.
Weiterentwicklung: Vorstellbar ist bei Wassereinfluss die (Pseudo-) Vergleyung [SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL 1992]
Die ausgewählte Fläche mit dem geringen
ökologischen Wert (Code 8) wird als durchschnittlich, naturfremd
und homogen (Code 2/0/1) charakterisiert. Der Bestandesaufnahme-Code
520 deutet auf Altholz I, 50-90% Nadelholz und Dominanz der Fichte
hin.
Die Probenorte F1-F5 wurden ungefähr auf einer Linie angeordnet, wobei F1 den höchstgelegenen Standort erhielt. Beprobt wurde jeweils auf den kleinen Ebenen, in einer Distanz von 1.5 bis 2 m von den umliegenden Bäumen, um die Einwirkungen von Stammabfluss zu vermeiden.
Abweichungen von diesem Vorgehen gibt es bei Probepunkt F3, an welchem das Gefälle des Hanges gegenüber der anderen Proben leicht zunimmt. Geringe Hangeinflüsse sind deshalb nicht ganz auszuschliessen. Bei diesem Punkt ist eine junge Buche in 4.5 m Distanz zu bemerken, deren Einfluss jedoch vermutlich von der 1 m dicken, in 1.5 m Entfernung stehenden Fichte überschattet wird. F5 weicht leicht von der Beprobungslinie ab. Bei F1 stehen in nächster Umgebung junge Bäume von 10-15 cm Durchmessern. Bei den folgenden Standorten sind oft etwa 30-40 cm Durchmesser zu verzeichnen. Mehrere unbestimmte Baumstrünke deuten auf Waldnutzung hin.
Das Profil zum Fichtenstandort kam neben den Probenahmepunkt F5 zu liegen. Der Standort ist nur spärlich mit Krautschicht bedeckt.
Es handelt sich beim Bodentyp um eine Parabraunerde,
dargestellt in Abb. 5:
Abb. 5: Profilaufnahme Fichtenstandort (F5) mit Horizontabfolge
L - F - Ah - EFe- IFe - C
Humusform: Die Nadel-Streu {L} ist für
einen Fichtenstandort überraschend geringmächtig, da
er zusammen mit der noch dünneren Schicht der bereits fermentierten
Teile {F} gerade 1 cm beträgt. Die Betrachtung der Auflage
bei den Probenahmepunkten F1-F5 ergab dieselbe Mächtigkeit.
Der folgende, diffus von 10 bis 18 cm reichende, mineralische
Horizont {Ah} ist für einen Fichtenstandort unerwartet mächtig.
Die Humusform ist folglich als modriger Mull zu bezeichnen.
Prozesse: Der Bereich unterhalb des {Ah} bis in 60
cm Tiefe ist in die zwei Teile der Tonverlagerung durch perkolierendes
Wasser [SCHRÖDER 1992] aufzuteilen. Die obere Schicht, bis
30 cm reichend, zeigt Tonverarmung {EFe}, während darunter
- insbesondere zwischen 40 und 60 cm - eine starke Tonanareicherung
und damit einhergehende Verdichtung stattfindet {IFe}. Zusammen
mit dem Ton ist auch die Verlagerung von Aluminium und Eisen zu
erwarten [SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL 1992]. Abgeschlossen wird
der Einflussbereich des Prozesses mit der diffusen Karbonatgrenze
bei 60 cm. Die Schicht enthält rötlich-gelb verwitterte
Sandsteine.
Untergrund: Der tiefste Horizont {C} des Profils
weist neben kalkhaltigen Steinen und Feinerde einen höheren
Sandanteil auf. Die Farbe des Horizontes ist im Vergleich zur
darüberliegenden Schicht gräulich.
Skelett: Die überwiegend kantigen Blöcke
sind bis zur Karbonatgrenze verwittert und machen 10-20% des Volumengehaltes
aus.
pH-Messung: Die pH- Hellige Messung im Feld ergab
am Profil in Tiefen 10, 20, 40 und 70 cm die zunehmende Werte-Reihe
4.5, 4.8, 4.8, 7.
Bioaktivität: Bei diesen sauren Verhältnissen
ist keinerlei Bioaktivität feststellbar.
Durchwurzelung: Der Hauptwurzelraum der flachen,
horizontalverlaufenden Fichtenwurzeln endet mit dem {EFe}-Horizont
in 30 cm Tiefe. Der Boden ist damit flach- bis mittelgründig
[SCHRÖDER 1992]. Der verdichtete {IFe}-Bereich ist wurzelfrei,
während im sandigeren {C}-Horizont die Feindurchwurzelung
wieder einsetzt.
Wassereinfluss: Die rötlich-gelbe Verfärbung
der Sandsteine könnte auch durch hydromorphen Einfluss zustandekommen,
der an der Grenze zwischen Matrix und Gestein erkenntlich wird.
Unklar ist, ob es sich um Hangwassereinfluss oder leichte (Pseudo-)
Vergleyung handelt.
Weiterentwicklung: Bei noch stärkerer Versauerung und weiterer maximaler Verwitterung können sich aus Parabraunerden Podsole entwickeln. Staut die Tonanareicherungszone das Wasser, so entsteht ein Pseudogley [SCHEFFER / SCHACHT-SCHABEL 1992].
Die Tabellen und Grafiken mit den Resultaten befinden sich im Anhang 5.8.4 - 10
Buchenstandort
Bei allen Profilen im Bereich der Buchen sind sowohl Absenkungen wie auch Anstiege des pH-Wertes innerhalb eines Profiles zu erkennen. Ein Boden, der einer normalen Bodenbildung unterliegt, zeigt hingegen einen kontinuierlichen Anstieg des pH-Wertes mit zunehmender Tiefe. Bei unseren Profilen ist das aber erst etwa in einer Tiefe ab 20 cm einheitlich festzustellen. Auch sind unsere pH-Werte einiges zu hoch, was darauf schliessen lässt, dass die ausgewählten Standorte einer Fremdeinwirkung ausgesetzt sind, welche die zu erwartende Bodenentwicklung und damit die pH-Abfolge stört.
In Frage käme infolge der leichten Hanglage der Einfluss von Hangwasser, frühere Erosion oder Wassereinflüsse, die die Bodenbildung noch nicht auszugleichen vermochte. Ausser bei B2, der Probe die auf einem Boden etwas ausserhalb der Hangabfolge liegt, überschreiten alle Profile bei einer Tiefe von etwa 35 cm die Grenze von pH-7 (Karbonatgrenze).
Aufgrund des stark schwankenden pH-Wertes innerhalb der Profile ist unser Buchenstandort für Aussagen, die pH-abhängig sind, nicht repräsentativ. Er zeigt dafür die möglichen îwilden” Verhältnisse des Sihlwaldes dort auf, wo eine Bodenversauerung - wie in diesem Buchenstandort - noch nicht festzustellen ist.
Fichtenstandort
Mit zunehmender Tiefe steigt bei allen Profilen innerhalb des Fichtenforstes der pH-Wert an. Drei der Profile (F1, F2, F5) sind zuoberst sehr stark sauer und steigen dann an. Die Zunahme bei F2 ist jedoch nur gering. Aber auch F5 und F1 erreichen nur den Zustand von mittel, beziehungsweise schwach sauer. Die anderen beiden (F3 und F4) beginnen in einem Bereich von mittel bis schwach sauer und erreichen schon in einer geringen Tiefe die pH-7-Marke. Das Ursprungsgestein ist folglich schon ab ca. 10 cm Bodentiefe anzutreffen, was auf eine geringere Mächtigkeit des Bodens hindeutet.
Möglich ist dies, wenn der leicht geneigte Hang hier einmal einer Erosion ausgesetz gewesen ist oder wenn die Stellen durch Hangwasser oder andere Einflüsse lokal abgerutscht sind. Auch an den Standorten F1, F2 und F5 sind die pH-Werte für einen Waldboden eher hoch, liegen aber durchaus im Möglichen einer normalen und ungestörten Bodenbildung.
Buchenstandort
Mit einem hohen C-Gehalt erreichen unsere Proben ein dennoch niedriges C/N-Verhältnis, was zeigt, dass eine gute Stickstoffixierung stattfindet. Das C/N-Verhältnis ist pH-abhängig, da der Stickstoff durch Organismen in den Boden gebracht wird, die den sauren Bereich eher meiden.
Fichtenstandort
Die C/N-Verhältnisse unserer Proben liegen unter 20. Dabei wären bei einem pH-Bereich unter 4, Werte von über 25 und und bei pH 4-5 solche zwischen 20 und 25 zu erwarten [KUNTZE ET AL. 1994]. Es herrschen also sehr gute Bedingungen für den Abbau des organischen Materials im Boden vor. Ein Vergleich mit den Werten unter Buche zeigt, dass bei den sauren Fichtenstandorten das C/N-Verhältnis in den obersten 4 cm leicht höher liegt, allerdings in geringerem Masse als erwartet.
Buchenstandort
Das Vorhandensein von Al3+-Ionen konnte nur gerade in B4 in einer Tiefe von 4-10 cm festgestellt werden, was sehr gut mit der pH-Senkung in dieser Tiefe übereinstimmt. Das potentielle Angebot von Nährstoffkationen ist somit intakt, die Basensättigung 100% und das in allen Tiefenbereichen.
Fichtenstandort
Ausser bei den beiden Profilen mit den höheren pH-Werten (F3, F4) treten überall Al3+- und H+-Ionen als Kationentauscher in Erscheinung. Bei tiefen pH-Werten nehmen sie vermehrt an Stelle der Nährstoffkationen (Ca2+, K+, Mg2+, Na+) die freien Plätze an den Tauschern ein (vgl. Kap. 5.3.3.1). Auffällig ist, wie F5 mit der in Abb. 2 dargestellten 'Lehrbuchmeinung' sich deckt: Bei F5.12 erreicht der pH den Schwellenwert > 4.8, gleichzeitig verschwinden die Al3+-Ionen aus dem Kationenbelag (d.h. die Basensättigung wird 100%).
Buchenstandort
Die Basensättigung ist überall dort, wo keine Al3+- oder H+-Ionen festgestellt wurden mit 100% gleichzusetzen, was bis auf eine kleine Ausnahme B4.3 und B4.4 an allen Standorten zutrifft.
Fichtenstandort
Die Basensättigung liegt hier bei den Standorten
F1, F2, und F5 recht tief, wobei beim Aufschlussprofil F5 in der
Tiefe ein Anstieg zu verzeichnen ist. Bei den Profilen F3 und
F4 liegt die Basensättigung auf 100%.
Da wir feststellen möchten, ob ein Zurück zum Urwald überhaupt möglich ist, interessiert uns nicht so sehr die Basensättigung, sondern das wirkliche Vorhandensein von pflanzenverfügbaren Nährstoffkationen.
Hier ist ein deutlicher Unterschied zwischen dem
Buchen- und dem Fichtenstandort festzustellen, wobei die beiden
Fichtenstandorte mit hohem pH-Wert durchaus noch mit den Werten
der Buchen mithalten können. Die ansteigende Basensättigung
im F5-Profil fällt nun aber bei den Absolutgehalten nicht
mehr so stark ins Gewicht.
In saurem Boden ist also in unseren Untersuchungen allgemein eine Abnahme des Nährstoffpools festzustellen. Es wäre zu untersuchen, ab sich diese Verarmung an Nährstoffkationen zu erholen vermag, so dass eine Urwaldvegetation, welche ein Endstadium einer Sukzession darstellt und dadurch an höhere Nährstoffgehalte angepasst ist, wachsen und bestehen kann.
Durch die Entnahme von Einzelproben wurden sehr unterschiedliche Böden erfasst. Ein einzelner Bohrkern beschreibt nur sehr punktuelle Verhältnisse und kann nicht für die ganze Fläche als signifikant bezeichnet werden, aber die zufällige Festlegung von mehreren Einzelprobestandorten führt dazu, dass ein Einblick in die Bödenvariation auf der Fläche gewährt wird. Statistisch signifikante Aussagen über die allgemeine Situation sind aufgrund der Probenahmeart und der hinzukommenden gestörten Bodenverhältnisse nicht möglich, jedoch Aussagen über die Homogenität innerhalb der Fläche sind machbar. Der heterogene Boden unter aktuell homogener Vegetation zeigt, dass auf der Untersuchungsfläche andere Faktoren sehr stark wirken. Im Fall der ausgewählten Standorte kann durch die Einzelproben gezeigt werden, dass es sich nicht um homogene Flächen handelt, da vermutlich starke Reliefeinflüsse wie Erosion, Akkumulation und Hangwassereinfluss vorhanden sind.
Bei der Entnahme von Mischproben hingegen würden Einzelwerte verwischt. Möglich wäre eine Aussage über die mittleren Bodenverhältnisse der Fläche, die jedoch nicht dem wirklichen Mosaik entsprechen. Die Aussagemöglichkeit, dass es sich um eine heterogene Fläche handelt, deren Bodenentwicklung nicht auf die Vegetation zurückführbar ist, ginge verloren. Die gewählte Methode hat sich für die Fragestellung als geeignet erwiesen. Für genaue Erklärung der Einflussfaktoren wären weitere Untersuchungen nötig.
Im Hinblick auf die zu erwartende Bodenversauerung unter Fichtenreinbeständen, ist zu bemerken, dass drei der untersuchten Standorte die Erwartungen bestätigen. Bei den verbleibenden beiden Fichtenproben überschattet vermutlich die Hangdynamik den reinen Vegetationseinfluss.
Obwohl ein Unterschied zur Nährstoffsituation unter der Buche zu erkennen ist, sind die Fichtenböden weder vollständig noch irreversibel ausgelaugt. Dies bestätigt sich unter anderem im tiefen C/N-Verhältniss und im Fehlen von Podsolierungs-Anzeichen im Profil. Folglich ist der Zeitpunkt den Sihlwald nun seiner Eigendynamik zu überlassen und so die natürliche Vegetation wieder zu erlangen, nicht zu spät angesetzt. Es ist leicht vorstellbar, dass die in ihren Standortansprüchen tolerante Buche in absehbarer Zeit auch in heute noch mit Fichten bestandenen Flächen Fuss fassen kann. Edelhölzer wie Ulmen oder die auch im Sihlwald anzutreffende Esche, welche basischere Bedingungen bevorzugen, bekunden vielleicht eher Mühe sich anzusiedeln. Jedenfalls wird es interessant sein, die weitere Entwicklung der Vegetation im grossen Zeitraum, der nun der natürlichen Walddynamik ohne menschlichen Einfluss gewährt wird, auf unterschiedlichen Böden zu verfolgen. Die Nährstoffsituation zeigt, dass zur Erreichung des Urwaldstadiums nur Zeit und keine drastischen Massnahmen nötig sind.
Solche werden von KUNTZE ET AL. (1994) für Waldböden
vorgeschlagen, die schon zu sehr versauert sind, als dass sich
von selbst eine Verbesserung einstellen könnte. In diesem
Fall schlagen die Autoren vor, eine Bodensanierung vorzunehmen:
Diese Massnahmen zur Bodenverbesserung sind mit einer
Rekultivierung von Kippen und Halden vergleichbar, wobei dort
von einem unbewachsenen Boden ausgegangen wird. Mechanische Bodenlockerung,
sowie die Einarbeitung von Humus und Mineraldünger bilden
dort den Ausgang zu einer Neubewachsung. Damit der Nährstoffgehalt
aufrecht erhalten werden kann, wird das Gebiet mit schnell wachsenden
unempfindlichen Pionierpflanzen und Leguminosen begrünt und
schon nach wenigen Jahren mit Pioniergehölzen ergänzt
[KUNTZE ET AL., 1994].
Im Sihlwald sind wir aber der Meinung, dass diese Massnahmen weder notwendig, noch wünschenswert sind. Es ist viel interressanter den Wald sich selbst zu überlassen und dann zu beobachten und zu erforschen, wie die Vegetation sich auf natürliche Weise regeneriert. Da der Buchenwald einen Endzustand einer Sukzessionsfolge darstellt, und der ausgewählte Fichtenforst flächenmässig nur einen winzigen Teil (ungefähr eine Hektare) des Sihlwaldes abdeckt, glauben wir, dass die Vegetation es sehr gut alleine schaffen wird, sich hier zu renaturieren, und die anthropogene Anhäufung von Fichten langsam von deren Rand her zu verdrängen. Ausser dem ausgewählten Fichtenstandort, sind im Sihlwald zwar noch einige mit Fichten bestockte Flächen vorhanden, doch auch sie sind meist einiges kleiner als eine Hektare und liegen weit über das ganze Gebiet zerstreut.
Im Hinblick auf die in Mitteleuropa anhaltend hohe Immissionssituation und des Bestrebens, allfällige Veränderungen als Folge ergriffener und nicht ergriffener Massnahmen im Bereich der Lufthygiene möglichst frühzeitig zu erkennen, ist eine Langzeitbeobachtung der Böden von Interesse. Mit dem Kantonalen Bodenbeobachtungsnetz (KaBo) sind in einzelnen Kantonen der Schweiz beherzte Schritte bereits gemacht worden. Ungestörte Waldstandorte ermöglichen das Erfassen einer mehr oder minder durchschnittlichen 'Grundbelastung'.
Vergleichbare Anstrengungen im Sihlwald könnten
weitergehend ihren Schwerpunkt auf die Beobachtung der Nährstoffsituation
in Böden setzen, deren Baumbestand aus der forstwirtschaftlichen
Nutzung herausgelöst wurde und sich in Richtung eines 'Urzustandes'
entwickelt. Dies wäre nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht
von Interesse. Für eine umweltschonende forstwirtschaftliche
Planung in anderen Wäldern könnten aufschlussreiche
Erkenntnisse gewonnen werden.
Wie ein solches Biomonitoring in einem naturnahen
Waldbestand für den Bereich Boden aussehen könnte, haben
THOMAS ET AL. (1995) im Auftrag des Bundesamtes für Naturschutz
für Deutschland vorgeschlagen. Es umfasst im wesentlichen
folgende Teile:
Selbstverständlich muss dieser Vorschlag an
die bereits bestehenden schweizerischen Beobachtungssysteme angepasst
werden, um eine maximale und überregionale Vergleichbarkeit
der Messungen zu gewährleisten. Auch ist vorgängig abzuklären,
inwieweit bereits durchgeführte Untersuchungen in vergleichbaren
Wäldern herangezogen werden können. Mit der Arbeit von
[RICHARD ET AL. 1978-1987] stehen bodenphysikalisch vorzüglich
untersuchte Waldprofile zur Verfügung, von denen die Lokalform
'Wüsttobel' [ebd. Nr.7] sogar im Perimeter des Sihlwalds
liegt.
Eidg. Forschungsanstalt für Agrikulturchemie
und Umwelthygiene (Hrsg.), 1989: Methoden für Bodenuntersuchungen.
Schriftenreihe der FAC, Nr. 5. Bern-Liebefeld.
FAP (Eidg. Forschungsanstalt für Landwirtschaftlichen
Pflanzenbau, ?): Bodeneignungskarte der Schweiz. Blatt Zürich
(1:50'000). Zürich-Reckenholz.
Gisi, U., Schenker, R., Schulin, R., Stadelmann,
F., Sticher, H. 1990: Bodenökologie. Stuttgart.
Herbauts, J., Debuyl, E., 1981: The relation between
spruce monoculture and incipient podsolization in ochreous brown
earths of the Belgian Ardennes. Plant & Soil 59, 33-49.
Irniger, M., 1988: "Miner gnedigen Herren Silwald"-Waldnutzung
und bäuerliche Wirtschaft im Albisgebiet. in: Stadtforstamt
Zürich, 1988: Vergangene Waldnutzung. Arbeitsgruppe "kulturhistorische
Zeugen".
Klimo, E., 1979: Nutrient cycling within the ecosystem
of a man-made spruce forest. in: Proc.Symp. "Stability of
Spruce Ecosystems", Brno (ed. E. Klimo), 363-386.
Kuntze, H., Roeschmann, G., Schwerdtfeger, G., 1994:
Bodenkunde, 5., neubearb. und erw. Aufl. Stuttgart.
Miehlich, G., Zöttl, H.W., 1973: Einfluss des
Fichtenreinanbaus auf die Eisen- und Mangandynamik eines Lösslehm-Pseudogleys.
In: "Pseudogley u. Gley". Transact. Comm. V and VI.
Int. Soc. Soil Sci., 55-61.
Nihlgård, B., 1970: Precipitation, its chemical
composition and effect on soil water in a beech and spruce forest
in South Sweden. Oikos 21, 208-217.
Rehfuss, K. E., 1990: Waldböden. Entwicklung,
Eigenschaften und Nutzung. 2. Auflage. Hamburg.
Richard, F., Lüscher, P., Strobel, Th., Chappuis,
J.-B., 1978-1987: Physikalische Eigenschaften von Böden der
Schweiz. ETH Zürich Institut für Wald- und Holzforschung.
Fachbereich Bodenphysik (4 Bände). Zürich.
Scheffer, F. /Schachtschabel, P. 1992: Lehrbuch der
Bodenkunde. 13. Auflage, Stuttgart.
Schlenker, G. 1967: Stabile und labile Fichtenstandorte.
Allg. Forstz. 22, 308-309.
Schlenker, G., Denno, D., 1971: Die Auswirkungen
der Laubholz- bzw. Fichenbestockung auf den Regenwurmbesatz in
Parabraunerden und Pseudogleyen des Neckarlandes. Mitt. Ver. Forstl.
Standortskunde und Forstpflanzenzüchtung 21, 60-66.
Schröder, D., 1992: Bodenkunde in Stichworten.
5. Aufl. Stuttgart.
Stadtforstamt Zürich, 1988a: Oekologische Wertanalyse
Naturlandschaft Sihlwald. Durchgeführt vom Büro für
Siedlungs- und Umweltplanung (BSU).
Stadtforstamt Zürich, 1988b: Natulandschaft
Sihlwald, Studienbereich A, Vegetation. Durchgeführt von
Beratungsgemeinschaft für Umweltfragen (BGU).
Thomas, A., Mrotzek, R., Schmidt, W., 1995: Biomonitoring
in naturnahen Buchenwäldern. Aufgaben, Methoden und Organisation
eines koordinierten Biomonitoringsystems in naturnahen Waldökosystemen
der Bundesrepublik Deutschland. Bundesamt für Naturschutz
(Hrsg.). Bonn.
Rammwiderstände der einzelnen Bohrkerne
