C. Hypothesen zur Wirkung von Bodenhilfsstoffen Bodenphysik
IV. Material & Methodik
1. Freiland-Versuche – Versuchsanlage
1.1. Versuchsflächen
Bereits für den dieser Arbeit vorangegangenen Vorversuch waren insgesamt vier Versuchsflächen auf der ehemaligen Absetzerhalde des Ronneburger Tagebaus Lichtenberg ausgewählt worden. Auswahlkriterien waren das Bodenmaterial (Rohboden ohne Bodenauftrag) sowie die Homogenität der Bodenoberflächen (relativ ebenes Gelände;
Vergleichbarkeit der Bedingungen). Jede Fläche maß etwa 2.000 m² und wurde wilddicht gezäunt. Für die Anlage der in diesem Kapitel beschriebenen Freiland-Versuche wurden drei dieser Versuchsflächen ausgewählt (A, B, D). Fläche C hatte sich als nicht geeignet erwiesen, da aufgrund von starker Bodenverdichtung weite Teile der Fläche bei Niederschlag dauerhaft unter Wasser standen.
Wie erst nach Versuchsanlage bekannt wurde, waren im Jahr 2000 die befahrbaren Bereiche der Halde, darunter auch die Versuchsflächen B-D, mit 2,7 t/ha kohlensaurem Magnesiumkalk (50 % CaCO3, 35 % MgCO3) gekalkt worden (LAWuF Gotha 2002, Arenhövel 2002).
Im Gegensatz zur Versuchsfläche A siedelte sich auf Fläche B und D im Verlauf des Versuchs in einigen Bereichen Spontanvegetation (Moos, Gras) an, in anderen Bereichen konnte sich bislang keine Vegetation etablieren (Ursache dafür könnte eine ungleichmäßige Verteilung des im Jahr 2000 ausgebrachten Kalks sein). Als Indiz für die offensichtlich kleinräumig variierenden Standortsbedingungen wurden die bewachsenen Bereiche erfasst und in einen schematischen Plan der Versuchsflächen eingezeichnet, wobei zusätzlich die Positionen der Versuchspflanzen markiert wurden (s. Abb. 3). Die in der Spontanvegetation häufig vorkommenden Arten wurden bestimmt.
1.2. Baumarten und Pflanzenmaterial
Im Freiland-Versuch auf den Ronneburger Tagebaufolgeflächen wurden vier Laub- und zwei Nadelbaumarten eingesetzt:
Die einheimischen Arten Spitz-Ahorn (Acer platanoides, im Folgenden: Ahorn), Eberesche (Sorbus aucuparia), Schwarz-Erle (Alnus glutinosa; im Folgenden: Erle) und Wald-Kiefer (Pinus sylvestris, im Folgenden: Kiefer) sowie die beiden aus Nordamerika stammenden Arten Rot-Eiche (Quercus rubra; im Folgenden: Rot-Eiche) und Douglasie (Pseudotsuga menziesii) (s. Tab. 4).
Die Auswahl erfolgte aufgrund von Vorversuchen auf dem Ronneburger Kippenstandort, in denen insgesamt 15 verschiedene Baumarten getestet wurden, wobei die sechs ausgewählten Arten die vielversprechendsten Ergebnisse zeigten (Dohrenbusch & Arenhövel, unveröffentlicht). Vorteile (und Nachteile) der ausgewählten Baumarten sowie ihre Eignung und ihr bisheriger Einsatz bei der Rekultivierung von ehemaligen Tagebauflächen werden ab S. 364
Tab. 4: Im Freiland-Versuch eingesetzte Baumarten, Herkünfte (o.A. = ohne Angabe), Sortimente (Alter / Form (ohne Ballen) / Haupttrieblängen [cm], in Klammern: tatsächlich gemessene Haupttrieblängen), Anzahlen; botanische/deutsche Artnamen: Rothmaler 1994
Art Herkunft Sortiment Anzahl
Rot-Eiche
(Quercus rubra l.)
816 02 (Bundesgebiet ohne Norddt. Tiefland)
2j.v. / oB / 30-50
(30-100) 192
Spitz-Ahorn
(Acer platanoides l.) o.A. 2j.v. / oB / 60-100
(20-40) 192
Eberesche, Vogelbeere
(Sorbus aucuparia l. em. hedl.) o.A. 2j.v. / oB / 50-80
(40-95) 120
Schwarz-Erle
(Alnus glutinosa l.) o.A. 2j.v. / oB / 60-100
(85-120) 120
Douglasie
(Pseudotsuga menziesii (mirbel) franco)
853 06
(Südostdt. Hügel- und Bergland; ausgew. VG, nicht autochthon)
1/1 / oB / 20-40
(10-40) 192
Wald-Kiefer
(Pinus sylvestris subsp.
sylvestris)
851 10
(Erzgebirge, kolline Stufe; ausgew. VG, autochthon)
2j.v. / oB / o.A. (10-50) 120
Gesamt 936
Das in den Freiland-Versuchen verwendete Pflanzenmaterial wurde bei einer Baumschule in der Region Gera-Greiz (Baumschule Zech, Langenwetzendorf) bezogen.
1.3. Bodenhilfsstoffe
In den Versuchspflanzungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mit Perlit, je einer synthetischen und Stärke-basierten Wasserspeichersubstanz, Kalk, Kompost und (jeweils an die Baumart angepassten) Mykorrhiza-Pilz-Inokula insgesamt sechs Bodenhilfsstoffe zur Verbesserung der problematischen Standortbedingungen getestet.
1.3.1. Zur Verbesserung der Bodenphysik:
Perlit, Wasserspeichersubstanzen
Unter den zahlreichen erhältlichen Perlit-Produkten wurde das unbehandelte „Isoself®“ (Knauf Perlite GmbH Dortmund) mit einer Körnung von 0-6 mm und einer Schüttdichte von ca. 90 kg/m³ ausgewählt. Entsprechend den Anwendungsempfehlungen der Hersteller wurde bei der Versuchsanlage ein Anteil von 30 Vol.-% Perlit pro Pflanzloch zugegeben.
Als synthetische Wasserspeichersubstanz wurde „Stockosorb® 500 micro“ (GEFA Produkte Fabritz GmbH) eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen handelsüblichen synthetischen Wasserspeicherprodukten verfügt Stockosorb® über ein Kalium-Zentralatom, was es in salzhaltigen Böden stabiler und langlebiger macht. Andere Acrylate werden durch Salze in der Bodenlösung schneller zersetzt; ihre Wasserspeicherkapazität wird gemindert (Kutscheidt 2006). Die feinkristalline Substanz wurde den Herstellerangaben entsprechend dosiert, trocken zugegeben und mit dem Boden vermischt.
MATERIAL & METHODIK
Bei der verwendeten Wasserspeichersubstanz aus pflanzlicher Stärke handelte es sich um eine Neu-Entwicklung der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Lechner am Institut für Chemie der Universität Osnabrück. Für die Freiland-Versuche wurde die zum Zeitpunkt der Anlage (Frühjahr 2005) aktuellste Entwicklungsstufe dieses so genannten Superabsorbers („5/8“) verwendet. Die Konzentration von 1 % oder 50 g je Pflanzloch war so berechnet worden, dass die zuvor im Laborversuch ermittelte Wasseraufnahmekapazität derjenigen von Stockosorb® angepasst war.
Der Superabsorber wurden ebenfalls trocken in den Boden gemischt.
1.3.2. Zur Verbesserung der Bodenchemie: Kalk
Da eine Kalkung zur Anhebung des niedrigen pH-Wertes des sauren Ronneburger Haldensubstrats (s. S. 44) existentiell zu sein schien, wurden alle sonstigen Bodenhilfsstoff-Varianten einmal ohne und einmal mit Kalk-Gabe angelegt (s. Abb. 3).
Damit wurde auch der Thüringer Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft Rechnung getragen, die angesichts des Pyrit-Gehaltes und der niedrigen pH-Werte des Haldensubstrats ausdrücklich Kalkungsvarianten im Versuchsdesign empfiehlt. Die Kalkmenge müsse dabei deutlich über den herkömmlichen, im Wald üblichen Kalk-Gaben liegen (LAWuF Gotha 2002).
Während bei einer Flächenkalkung der Halden im Jahr 2000 Kalk in einer Größenordnung von 2,7 t/ha ausgebracht wurde (LAWuF Gotha 2002, Arenhövel 2002), entsprach die im Freiland-Versuch verwendete Kalk-Gabe von je 50 g pro Pflanzloch einer Flächenkalkung von 4 t/ha.
Unter den im Handel erhältlichen Düngekalkprodukten wurde „Dolomitkalk – Kohlensaurer Magnesiumkalk 90“ (gpi green partners international GmbH & Co. KG Gladbeck) ausgewählt, der 55 % Calciumcarbonat (CaCO3) und 35 % Magnesiumcarbonat (MgCO3) enthält.
1.3.3. Zur Verbesserung der Bodenphysik und -chemie: Kompost
Im Ronneburger Freiland-Versuch wurde fein gesiebter Kompost des Göttinger Kompostwerks (Produktinformation s. kompostwerk.goettingen.de) in einer Dosierung von 30 Vol.-% je Pflanzloch zugegeben. Diese Menge entspricht den Anwendungsempfehlungen für Komposte im Landschaftsbau nach DIN 18916 (2002) zur Vegetationstechnik im Landschaftsbau, die im Teil Pflanzen und Pflanzarbeiten eine Kompost-Einbringung in Pflanzlöcher und -gruben von je nach Boden- und Pflanzenart bis zu 30 Vol.-% der Verfüllmenge vorgibt.
1.3.4. Zur Verbesserung der Bodenbiologie: Mykorrhiza-Inokulum
In den Mykorrhiza-Varianten des Freiland-Versuchs (V11-V16, s. Tab. 5) wurden eine Nadelbaum- und zwei Laubbaumarten mit Mykorrhiza-Pilz-Inokula gepflanzt (Douglasie, Eiche, Ahorn).
Douglasie und Eiche bilden mit entsprechenden Pilzpartnern Ekto-Mykorrhiza aus, wobei die Pilzhyphen die Feinwurzelenden des Baumes wie einen Mantel umhüllen und sich in den Zellzwischenräumen der Wurzelrinde netzartig verflechten (Höster 1993). Ahorn bildet im Gegensatz zu den anderen beiden Baumarten eine der insgesamt 6 bekannten (Le Quéré et al.
2005) Endo-Mykorrhiza- bzw. VAM- (vesikulär-arbuskuläre-Mykorrhiza) Formen aus. Dabei werden keine Mycelmäntel ausgebildet, sondern die Pilzhyphen dringen in die Zellen der
Wurzelrinde ein und schwellen dort zu Vesikeln an oder bilden büschelartige Verzweigungen, die Arbuskeln (Höster 1993).
In den Mykorrhiza-Varianten im Ronneburger Freiland-Versuch wurden die Douglasien mit dem Ekto-Mmykorrhiza-Pilz „Kahler Krempling“ (Paxillus involutus) beimpft, die Eichen mit dem ebenfalls Ekto-Mykorrhiza bildenden „Dickschaligen Kartoffelbovist“ (Scleroderma citrinum).
Die Ahorne wurden mit einer Mischung aus VAM bildenden Glomus-Arten (G. geospora, G.
mosseae, G. luzidum) inokuliert.
Die Beimpfung erfolgte entsprechend den Herstellerangaben durch Zugabe von insgesamt 50 ml Inokulum (ein mit Pilzhyphen durchzogenes Trägermaterial, in diesem Fall Bodensubstrat) ins Pflanzloch und auf die Wurzeln der Pflanze. Die Inokula für die Freiland-Versuche wurden von GEFA Produkte Fabritz GmbH bezogen (Mischungen „Ekto Nadel“, „Ekto Spezial Eiche“ und
„Endo Laub“).
1.3.5. Bodenhilfstoff-Kombinationen
Die verschiedenen Bodenhilfsstoffe wurden im Freiland-Versuch teilweise miteinander kombiniert, um die erwarteten positiven Wirkungen zu summieren oder sogar positive Wirkungssynergismen zu erreichen. Die getesteten Kombinationen sind in Tab. 5 aufgeführt.
Tab. 5: Behandlungsvarianten im Freiland-Versuch
Variante Kalk
50 g Stockosorb®
5 ‰ =25 g Superabsorber
1 % =50 g Perlit
30 % Kompost
30 % Mykorrhiza
-Inokulum Baumarten V1
Eiche, Ahorn, Douglasie, Eberesche, Kiefer, Erle
V2 ●
V3 ●
V4 ● ●
V5 ●
V6 ● ●
V7 ●
V8 ● ●
V9 ●
V10 ● ●
V11 ●
Eiche, Ahorn, Douglasie
V12 ● ●
V13 ● ●
V14 ● ● ●
V15 ● ●
V16 ● ● ●
MATERIAL & METHODIK
1.4. Anlage der Versuchspflanzungen
Die Freiland-Versuchspflanzungen wurden im April 2005 (11.-14.) angelegt. Insgesamt wurden 936 Bäume – verteilt auf drei etwa 2.000 m² große Versuchsflächen – gepflanzt. Die Pflanzlöcher wurden mit einem Pflanzlochbohrer (Pflanzfuchs) hergestellt. Die verschiedenen Bodenhilfsstoffe wurden grundsätzlich nicht flächig, sondern pflanzlochweise eingebracht. Dazu wurde der beim Bohren herausgedrehte Boden (ca. 5 Liter) in einem Eimer je nach Variante mit den entsprechenden Bodenhilfsstoffen (Kalk, Perlit, Kompost, Superabsorber, Stockosorb®) vermischt und anschließend mit der jeweiligen Pflanze wieder ins Pflanzloch gefüllt. Das Mykorrhiza-Inokulum wurde direkt in den Wurzelbereich und auf die Wurzeln der Pflanzen gestreut. Die Stockosorb® und Superabsorber-Gaben waren zuvor im Labor abgewogen worden, während Kalk, Perlit, Kompost und Mykorrhiza-Inokulum vor Ort mit entsprechend großen Messbechern abgemessen wurden. Jede Variante wurde pro Baumart insgesamt 12-fach (auf jeder der drei Versuchsflächen 4-fach) wiederholt. Die Einhaltung einer festgelegten Reihenfolge der Baumarten sorgte dafür, dass Bäume einer Art nicht geklumpt, sondern systematisch verteilt gepflanzt wurden. Die Abstände der Bäume innerhalb der Reihen sowie zwischen den Reihen richteten sich nach den örtlichen Gegebenheiten (z.B. wurden offensichtlich stark verdichtete Bereiche, auf denen Niederschlagswasser in Pfützen stand, ausgespart), betrugen aber mindestens 1,5 bzw. 2 m.
Abb. 3: Versuchsdesign (schematische Darstellung) des Freiland-Versuchs, im April 2005 auf drei Versuchsflächen auf der ehem. Ronneburger Absetzerhalde realisiert; Varianten s. S. 20
Schwarz-Erle Wald-Kiefer Eberesche Douglasie Spitz-Ahorn Rot-Eiche Schwarz-Erle Wald-Kiefer Eberesche Douglasie Spitz-Ahorn Rot-Eiche Schwarz-Erle Wald-Kiefer Eberesche Douglasie Spitz-Ahorn Rot-Eiche Schwarz-Erle Wald-Kiefer Eberesche Douglasie Spitz-Ahorn Rot-Eiche
V1 V3 V5 V7 V9 V11 V13 V15 V16 V14 V12 V2 V4 V6 V8 V10 Mykorrhiza
Kalk