Bodenprobenahme und chemische Analysen

An der westlichen Grenze des Versuchsfeldes wurde Ende 2013 ein Baggerprofil angelegt und beprobt. Von den Nullparzellen wurden Anfang 2014 Proben gezogen. Im November 2015 und im Dezember 2016 wurden alle Versuchsparzellen beprobt. Dazu wurde aus drei Pirckhauer-proben eine Mischprobe pro Parzelle und Tiefenstufe hergestellt. Auf allen Flächen wurden die Tiefenstufen 0 - 30 cm und 30 - 60 cm beprobt, auf jeweils einer Parzelle je Versuchsvariante zu-sätzlich die Tiefenstufe 60 - 90 cm. Die Proben wurden feldfrisch in Leinenbeuteln transportiert und im Labor bei 40^◦C getrocknet, bevor sie gemahlen und chemisch analysiert wurden (König 2009). Durch das kalkhaltige Ausgangssubstrat (siehe Abschnitt „kalkhaltige Sande“ auf Seite 27) zeigen vor allem die Bodenproben des Unterbodens einen pH-Wert deutlich über 6,2, daher wurde 2014 an diesen Proben die potentielle Austauschkapazität (AK_t) bestimmt (siehe Abb.

2.4). Die Bestimmung der effektiven Austauschkapazität wurde 2014 und 2015 an Bodenproben durchgeführt, die einen pH-Wert unter 6,2 aufwiesen.

Abbildung 2.4: pH-Wert, potenzielle Austauschkapazität (AKt) [kmolc ha^-1], Calcium- und Ma-gnesiumvorrat [kg ha^-1] der Nullflächen (n=5) vor Versuchsanlage (Mittelwert und Standardabweichung).

Abbildung 2.5: Feinbodenvorrat [t ha^-1], C/N-Verhältnis, Kohlenstoff- und Stickstoffvor-rat [t ha^-1] der Nullflächen (n=5) vor Versuchsanlage (Mittelwert und Standardabweichung).

In den Abbildungen 2.4 bis 2.5 und der Tabelle A.2 (im Anhang) sind die Ergebnisse der Bo-denchemie im Überblick dargestellt. Sie fassen den Bodenzustand nach dem Mulchen und vor

der Einarbeitung der Kohle in den Oberboden zusammen. Weil Parzelle 1/7 in einem sauren Senkenbereich liegt (siehe Abschnitt „kalkhaltige Sande“ auf Seite 27) sind die Ergebnisse der Parzelle 1/7 in Tabelle A.2 gesondert aufgeführt und für die Berechnung der mittleren Vorräte (siehe Abb. 2.4 bis 2.5) nicht berücksichtigt worden.

Der Feinbodenvorrat bis in 90 cm Bodentiefe ist mit 12705 t ha^-1typisch für die Substratgruppe der unverlehmten Sande als Substratgruppe und kann durch die hohen Trockenrohdichten und geringen Grobbodenanteile erklärt werden (Paar et al. 2016).

Die pH-Werte der Nullparzellen liegen mit Ausnahme der Parzelle 1/7 deutlich über 6,2. Da-mit liegt der Boden im Carbonatpufferbereich nach (Ulrich 1981). Die potentielle Kationenaus-tauschkapazität ist eine wichtige Indikatorgröße für die standörtliche Bewertung des Nährstoff-haushaltes, mit der Speicher- und Austauschprozesse von pflanzenverfügbaren Nährstoffen an den Tonmineraloberflächen beschrieben werden können (Standortskartierung 2003). Der mittle-re Wert der potentiellen Austauschkapazität des Standortes vor Kohleneinarbeitung beträgt 423 kmolc ha^-1 und liegt damit im mittleren Bereich nach dem Bewertungsrahmen der Forstlichen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003) und ist für die Substratgruppe der unverlehmten Sande verhältnismäßig hoch (Paar et al. 2016). Die erhöhte Austauschkapazität im Oberboden kann mit dem hohen Anteil eingefräster organischer Substanz aus der ehemaligen mächtigen Humusschicht in Zusammenhang gebracht werden. Die meisten unverlehmten Sande in Hessen weisen pH-Werte von unter 6,2 auf, für diese wird die effektive Austauschkapazität angegeben.

Eine Vergleichbarkeit zwischen potenzieller und effektiver Austauschkapazität ist nicht gegeben.

Die austauschbaren Vorräte an Calcium und Magnesium bilden eine wichtige Versorgungsgrund-lage für die Waldbäume.

Calcium ist an zentralen Prozessen wie Photosynthese, Atmung und Zellteilung beteiligt und ein wichtiger Baustein für die Zellwände. Die mittleren Calciumvorräte bis in 90 cm Bodentie-fe betragen 8789 kg ha^-1 und liegen damit im sehr hohen Bereich des Bewertungsrahmens der Forstlichen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003). Es lässt sich kein Tiefengradient des Calciumvorrates beobachten. Auf die Besonderheit dieses sehr hohen Calciumvorrates bei unver-lehmten Sanden wird im Abschnitt „kalkhaltige Sande“ auf Seite 27 genauer eingegangen.

Magnesium ist ein zentraler Chlorophyllbestandteil und damit bedeutend für die Photosynthese.

Der mittlere Magnesiumvorrat von 153 kg ha^-1 liegt im gering-mittleren Bereich der Forstlichen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003) und ist etwa doppelt so hoch wie die typischen Vorräte der unverlehmten Sande in Hessen. Wie von Paar et al. (2016) für ärmere Standorte beschrieben, lassen sich die höchsten Magnesiumvorräte in den oberen Tiefenstufen finden.

Der mittlere Kohlenstoffvorrat des organisch gebundenen Kohlenstoffes beträgt 70 t ha^-1und liegt damit im geringen Bewertungsbereich der Forstlichen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003). Vor allem in den oberen Bodenschichten (0 - 30 cm) liegen über 80 % des Kohlenstoffes vor. Dies kann durch den untergemulchten Auflagehumus erklärt werden. Für die Substratgruppe der unverlehmten Sande ist der Kohlenstoffvorrat relativ gering, typisch sind Vorräte um 100 t ha^-1.

Der mittlere Stickstoffvorrat auf dem Versuchsfeld vor Versuchsanlage beträgt 3,6 t ha^-1und liegt damit im geringen Bewertungsbereich der Forstlichen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003). Die Substratgruppe der unverlehmten Sande weist in Hessen typischerweise mit etwa 6,4 t ha^-1 höhere Vorratswerte an Stickstoff auf. Substratgruppen mit schlechteren Humusformen zeigen die höchsten Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte (Paar et al. 2016). Analog zu Kohlenstoff zeigt sich in den oberen Bodenschichten mit etwa 80 % der höchste Anteil der Stickstoffvorräte.

Das C/N-Verhältnis als Quotient aus den Kohlenstoff- und Stickstoffvorräten weist auf die Be-dingungen für die Umsetzung von organischer Substanz hin. Je enger (kleiner) das Verhältnis, umso höher sind die Raten der Humusmineralisation und - umsetzung. Mit einem Wert von 19,5 im Bereich 0 - 30 cm liegt das C/N-Verhältnis im mittleren Bewertungsbereich der

Forstli-2.1 Standort

chen Standortsaufnahme (Standortskartierung 2003) und ist typisch für die Substratgruppe der unverlehmten Sande (Paar et al. 2016).

kalkhaltige Sande

Die Auswertung der Ende 2013, Ende 2015 und Ende 2016 gewonnen Bodenproben ergab uner-wartet hohe Carbonatgehalte und pH-Werte über 6,2 bis in eine Bodentiefe von 90 cm auf fast allen Parzellen. Der Boden befindet sich damit im Carbonatpufferbereich (Ulrich 1981). Ausnah-me ist der Senkenbereich mit den Parzellen, 1/5, 1/6, 1/7 und 2/3 (siehe Abb. 2.7).

Die Entstehungszeit der Dünen lässt sich nur ungefähr in den Zeitraum zwischen der Zeiten-wende und dem Mittelalter datieren (Plass 1981). Durch windbürtige (äolische) Abtragung bzw.

Umlagerung von bereits verwitterten Sandoberflächen wurden noch unverwitterte kalkhaltige Substrate freigelegt. Durch die vergleichsweise geringen Niederschläge in der Rhein-Main-Ebene verläuft die Entkalkung nur langsam und die Sande sind bis heute mit einem nennenswerten Kalkvorrat ausgestattet. Die windbürtige Umlagerung mit Korngrößenfraktionierung kann an-hand der erkennbaren Bänderung mit gröberen Sanden am Bodenprofil nachvollzogen werden (siehe Abb. 2.6).

Abbildung 2.6: Das Bodenprofil auf der Versuchsfläche

2.2 Kohlenherstellung

2.2.1 Ausgangssubstrate

Die eingesetzten Biokohlen wurden von zwei Herstellern bezogen. Als Ausgangssubstrat für die Holzkohle-Varianten wurden vom Hersteller „Pyreg“ Hackschnitzel der Spätblühenden Trauben-kirsche und ein kleiner Teil Buche verwendet.

Die Spelzenkohle-Varianten sollten ursprünglich mit Maisstroh als Ausgangssubstrat hergestellt werden. Das Zerkleinern des Maisstrohs produzierte aber eine große Menge Staub und führte zu einem unerwünscht hohen Ascheanteil in der Kohle. Daraufhin wurde diese Kohlevariante vom Hersteller „Sonnenerde“ aus 66 % Dinkel-Getreidespelzen und 33 % Papierfaserschlamm produziert. Die Reaktionstemperatur während der Pyrolyse lag bei 600 - 650^◦C.

Tabelle 2.5: Bezeichnung der Versuchsvarianten

Varianten Ausgangssubstrate

Holz Getreidespelzen

Kohle pur (unbehandelt) HKpur SKpur

Kohle und Nährstofflösung HK+N SK+N

Kohle und Nährstofflösung und Kompostierung HK+N+Ko SK+N+Ko

Kontrolle Null