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Umweltschutz

Wälder sind vielfältigen Belastungen ausgesetzt, zu denen u. a. der Klimawandel und die Zunahme von Witterungsextremen, der Eintrag von Säuren und Säurebildnern aus der Atmosphäre, die Eutrophierung durch Stickstoffanreicherung, der Eintrag von Schwermetallen und der Eintrag von organischen Schadstoffen gehören. Die Wälder versuchen, auf diese Belastungen zu reagieren und sich ihnen anzupassen. Ist die Anpassungsfähigkeit jedoch überfordert, treten Waldschäden auf, die die von Wäldern erbrachten Ökosystemleistungen und ihre Funktionen beeinträchtigen.

An der NW-FVA beobachten wir die Auswirkungen von Umweltbelastungen auf die Wälder im Rahmen des forstlichen Umweltmonitorings. Speziell für die Waldforschung errichtete aufwändige Versuchsanlagen helfen, den Nährstoffhaushalt von Wäldern und die Auswirkungen der Umweltbelastungen auf diese zu erforschen. Auf diesen Grundlagen erarbeiten wir Entscheidungshilfen zu Anpassungsstrategien für die Behandlung der Wälder sowie für Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung der Belastungen.

Mega-Herausforderung Klimawandel

Die Klimaerwärmung stellt aktuell die gravierendste Herausforderung für die Funktionsweise von Wäldern dar. Auswirkungen sind häufigere und stärkere Dürren, Hitze- und Sturmschäden sowie ein höheres Waldbrandrisiko. Darüber hinaus begünstigt der Klimawandel die Ausbreitung von Schaderregern wie z. B. Borkenkäfern und Pilzen. Wir entwickeln Anpassungsstrategien für die Waldbewirtschaftung an den Klimawandel und quantifizieren den Beitrag von Wäldern zum Klimaschutz. Im Fokus stehen dabei insbesondere die Ermittlung der Auswirkungen von Trockenstress auf Waldbäume und die Abschätzung von Klimaeffekten auf die Kohlenstoffspeicherung von Wäldern.

Luftschadstoffe wirken langfristig

Der Eintrag von Luftschadstoffen hat zu den seit Ende der 1970er-Jahre beobachteten Waldschäden maßgeblich beigetragen. Hierbei waren die Einträge von Säuren und Säurebildnern von großer Bedeutung, da durch sie eine Bodenversauerung verursacht wurde, die direkt oder indirekt zur Schädigung der Waldböden und der auf ihnen wachsenden Wälder geführt hat. Durch Maßnahmen zur Luftreinhaltung wurden die Säureeinträge sehr stark reduziert; jedoch sind immer noch große Mengen an Säure in den Böden gespeichert.

Im forstlichen Umweltmonitoring werden die aktuellen Säureeinträge auf ausgewählten Monitoringflächen beobachtet. Daneben werden die Verlagerung der sauren Einträge und deren Umwandlungen in den Böden durch Pufferprozesse erfasst. Dies dient als Entscheidungshilfe bei der Planung von Bodenschutzkalkungen auf stark versauerten Standorten, um die Böden an einen natürlichen Säurestatus anzugleichen.

Negative Effekte der Eutrophierung überwiegen

Luftbürtige Stickstoffeinträge haben viele Wälder stark mit Stickstoff angereichert. Zwar hat dies oftmals zu einem erhöhten Wachstum geführt, doch bringt diese Eutrophierung zahlreiche negative Effekte auf die Waldökosysteme mit sich. So gerät der Nähstoffhaushalt der Wälder aus dem Gleichgewicht, die Schädlingsanfälligkeit steigt und die Zersetzergemeinschaft wird gestört. Hinzu kommen stärkere Nitratausträge in Gewässer, was wiederum auch hier eine Eutrophierung bis hin zum Kollaps zur Folge haben kann.

An der NW-FVA untersuchen wir auf ausgewählten Waldstandorten die Höhe der Stickstoffeinträge sowie deren Verbleib im Waldökosystem. Die Wirkungen von Stickstoffkomponenten auf Prozesse in Waldökosystemen werden im Rahmen des forstlichen Umweltmonitorings und in eigens dafür angelegten Versuchen im Rahmen der Erforschung des Nährstoffhaushalts untersucht.

Schwermetalle sind giftig

Der Eintrag von Schwermetallen aus der Atmosphäre führt in Waldökosystemen zu einer Anreicherung dieser toxischen Stoffe in der Humusauflage und im Oberboden. Dadurch können die Nährstoffaufnahme und die Zersetzung der organischen Substanz gestört werden. In sauren Böden werden Schwermetalle in das Grundwasser ausgetragen und können dieses für die Trinkwassergewinnung unbrauchbar machen. Im Rahmen des forstlichen Umweltmonitorings  werden die Einträge, die Verteilung in verschiedenen Kompartimenten sowie die Austräge ausgewählter Schwermetalle aus Waldökosystemen untersucht.

Weiträumige Gefahr für die Umwelt: POPs

Schwer abbaubare organische Schadstoffe (Persistent Organic Pollutants; POPs) sind chemische Substanzen, die nach ihrer Freisetzung lange in der Umwelt verbleiben, schwer abbaubar sind, sich über Nahrungsketten anreichern und so schließlich Konzentrationen erreichen, welche schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben können. Sie werden teils weiträumig transportiert und über die Atmosphäre, in der Vergangenheit aber auch durch die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln in Wälder eingetragen. Im Rahmen der Bodendauerbeobachtung beobachten wir den Verbleib und die möglichen An- oder Abreicherungen von POPs in Waldböden.

Koordiniertes Monitoring und modernste Labortechnik

Die Untersuchungen zu Einträgen von Luftschadstoffen dienen der Ermittlung von Wirkschwellen in Waldökosystemen, der Erfolgskontrolle von Luftreinhaltemaßnahmen sowie der Ableitung von maximalen Belastungsgrenzen (Critical Loads). Durch die Einbindung in nationale und internationale Monitoringprogramme werden die erhobenen Daten für die Umweltberichterstattung und die Planung von umweltpolitischen Maßnahmen verwendet.

Für die Untersuchungen betreibt die NW-FVA ein leistungsfähiges Labor für Umweltanalytik, in dem Wasser- Pflanzen-, Humus- und Bodenproben auf eine Vielzahl von Stoffen analysiert werden.

Beteiligte Sachgebiete:
Publikationen:

Ahrends B., Schmitz A., Prescher A.-K., Wehberg J., Geupel M. Andreae H., Meesenburg H. (2020): Comparison of Methods for the Estimation of Total Inorganic Nitrogen Deposition to Forests in Germany. Frontiers in Forests and Global Change 3 (103). https://doi.org/10.3389/ffgc.2020.00103

Etzold S., Ferretti M., Reinds G.J., Solberg S., Gessler A., Waldner P., Schaub M., Simpson D., Benham S., Hansen K., Ingerslev M., Jonard M., Karlsson P.E., Lindroos A.-J., Marchetto A., Manninger M., Meesenburg H., Merilä P., Nöjd P., Rautio P., Sanders T., Seidling W., Skudnik M., Thimonier A., Verstraeten A., Vesterdal L., Vejpustkova M., de Vries W. (2020): Nitrogen deposition is the most important environmental driver of growth of pure, even-aged and managed European forests. Forest Ecology and Management 458. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2019.117762

Johnson J., Graf-Pannatier E., Carnicelli S., Cecchini G., Clarke N., Cools N., Hansen K., Meesenburg, H., Nieminen T.M., Pihl Karlsson G., Titeux H., Vanguelova E., Verstraeten A., Vesterdahl L., Waldner P., Jonard M. (2018): The response of soil solution chemistry in European forests to decreasing acid deposition. Global Change Biology 24, 3603-3619. https://doi.org/10.1111/gcb.14156

Meesenburg H., Ahrends B., Fleck S., Wagner M., Fortmann H., Scheler B., Klinck U., Dammann I., Eichhorn J., Mindrup M., Meiwes K.J. (2016): Long-term changes of ecosystem services at Solling, Germany: Recovery from acidification or new risks due to climate change? Ecological Indicators 65, 103-112. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2015.12.013

Meesenburg H., Riek W., Ahrends B., Eickenscheidt N., Grüneberg E., Evers J., Fortmann H., König N., Lauer A., Meiwes K.J., Nagel H.-D., Schimming C.-G., Wellbrock N. (2019): Soil acidification in German forest soils. In: N. Wellbrock, A. Bolte (eds.): Status and dynamics of forests in Germany. Ecological Studies 237, 93-121. https://doi.org/10.1007/978-3-030-15734-0_4