3.4 Versauerung

3.4.1 pH-Werte

Die pH-Wert-Situation der BDF wird anhand von zwei exemplarisch ausgesuchten Einzelflä-chen und anhand von BDF-Gruppen dargestellt. Dabei wird auf die Tiefenverteilung der pH-Werte eingegangen.

pH-Werte der BDF Elberndorf und Glindfeld

Abb. 3–9 und Abb. 3–10 zeigen exemplarisch die Tiefenverteilungen der gemessenen pH-Werte für die Feldparallelen der BDF ELB und GLI. In den Grafiken werden die pH-pH-Werte der Zweitbeprobungen und die Veränderungen gegenüber der Erstuntersuchung dargestellt. Die Tiefenprofile der beiden Standorte sind in ihrem Verlauf charakteristisch für die meisten un-tersuchten Wald-BDF.

In den organischen Auflagehorizonten werden die pH-Werte grundsätzlich durch die Vegeta-tionsform bestimmt (BMELF1997); so liegen zum Beispiel die pH-Werte der L/Of-Horizonte unter (GLI) Laubwald mit pH 4 bis pH 4,7 deutlich über denen des Nadelwaldstandortes ELB (pH 3-3,2). In den Oh-Horizonten der BDF ELB ist ein deutlicher Rückgang des pH-Wertes zu verzeichnen, der mitunter auf die Freisetzung organischer Säuren beim mikrobiellen Ab-bau der organischen Substanz zurückzuführen ist. Am Nadelwaldstandort ELB zeichnet sich erwartungsgemäß in den oberen mineralischen Bodenhorizonten bis 30 cm Tiefe eine deut-lich stärkere und auch tiefer reichende Bodenversauerung gegenüber der BDF GLI ab; die pH-Werte pendeln sich erst in den Tiefenstufen unterhalb 30 cm auf ein Niveau um pH 4 ein, das bei GLI bereits in 10 cm Tiefe erreicht wird. Die dargelegten beispielhaften Nutzungsun-terschiede zwischen dem Laubwaldstandort GLI und dem Nadelwaldstandort ELB lassen sich jedoch nicht an allen WALD-BDF in Nordrhein-Westfalen erkennen.

Im Vergleich mit den Ergebnissen der Erstuntersuchung sind an der BDF ELB bei fast allen Feldparallelen über nahezu alle Tiefenstufen bis zu maximal 0,4 pH-Einheiten niedrigere Werte zu verzeichnen; an der BDF GLI hingegen können deutlich höhere Werte gemessen werden. Durch langjährige Untersuchungen des Säurezustandes von Waldböden in Baden-Württemberg und Hessen (LFU 1997) konnte nachgewiesen werden, dass selbst auf stark versauerten Waldstandorten mit pH < 3 jahreszeitliche Schwankungen von bis zu 0,4 pH-Einheiten (CaCl2) auftreten können. Insofern sind die Untersuchungsergebnisse auf Grund-lage von nur einer Wiederholungsmessung – nicht zuletzt aufgrund der geringen Anzahl von Stichproben – nur bedingt interpretierbar und nicht statistisch abgesichert im Hinblick auf mögliche zeitliche Veränderungen. Nichtsdestotrotz sind an der BDF ELB die bei fast allen Feldparallelen festzustellenden niedrigeren pH-Werte der Zweituntersuchung auffällig.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

pH-Wert

Untergrenze Beprobungstiefe [cm]

PA PB PC PD PE PF

*pH-Messung in Suspension Boden/0,01m CaCl2, 1:2,5 (VdLUFA Methodenband I-1991;A.5.1.1 Teil 1) Organische Auflage Mineralboden

- 0,5 ± 0 + 0,5

pH (2005-1995)

Abb. 3–9: pH-Werte der Feldparallelen für die Tiefenstufen der BDF Elberndorf 2005 und Ver-änderung im Vergleich zu 1995

Die deutlich positiven pH-Wert-Unterschiede in den Tiefenstufen der BDF GLI sind sehr wahrscheinlich auf standorttypische Heterogenitäten zurückzuführen. Für eine starke Varia-bilität sprechen zum einen die ungleichförmigen Tiefenprofile der Zweitbeprobung mit einer sehr großen Spannweite der Werte und die teils extrem hohen Differenzen beim pH-Wertvergleich beider Beprobungstermine. Die BDF GLI wird in einem Erfahrungsbericht des GD NRW zur ersten Wiederholungsbeprobung im Jahr 2005 wie folgt charakterisiert: „Be-züglich der geologisch-bodenkundlichen Ausstattung der BDF variieren die anstehenden Festgesteine, die fast immer die Probenentnahmetiefe BDF 60-90 cm, z. T. auch BDF 30-60 cm bzw. EU 40-80, z. T. auch EU 20-40 cm dominieren, von Sand- und Schluffsteinen, (car-bonatischen) Tonsteinen bis hin zu Mergeltonsteinen und Tonmergelsteinen, selbst auf den jeweils beprobten 9 qm großen Einzelflächen. Zudem traten alle Verwitterungsstadien dieser Gesteine in der Zersatzzone auf: massive Festgesteine, die bei der motorbetriebenen Boh-rung entsprechend ihres Härtegrades kaum oder in größerem Umfang zu Grobsand zerklei-nert wurden, entkalkte und nicht entkalkte Gesteine sowie vollkommen zu Feinboden (Ton, Schluff etc.) durchgewitterte Partien. Alle diese Ausbildungen können auf einer Fläche in ei-ner Tiefenstufe gemeinsam auftreten und durch ihre Beimengung zum Feinboden die Aus-sagekraft der Analysen in Frage stellen.“

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

pH-Wert

Untergrenze Beprobungstiefe [cm]

PA PB PC PD PE PF

± 0 + 1,0

pH (2005-1995)

*pH-Messung in Suspension Boden/0,01m CaCl2, 1:2,5 (VdLUFA Methodenband I-1991;A.5.1.1 Teil 1) Organische Auflage Mineralboden

Abb. 3–10: pH-Werte der Feldparallelen für die Tiefenstufen der BDF Glindfeld 2005 und Verän-derung im Vergleich zu 1995

pH-Mittelwerte von BDF-Gruppen

Zur Charakterisierung des bodenchemischen Zustands aller BDF wurden die mittleren pH-Werte für beide Beprobungstermine ausgewertet. Die arithmetischen Mittelwerte wurden je-weils aus den delogarithmierten pH-Werten der Einzelmessungen bzw. Feldparallelen be-rechnet (vgl. Kap. 2.4). Ausgehend vom Tiefenprofil der mittleren pH-Werte können die BDF in drei Gruppen mit charakteristischem Säurestatus gegliedert werden:

Gruppe 1: Dieser Gruppe werden insgesamt 12 Wald-BDF zugewiesen, deren Bodenprofile durch sehr starke bis extrem starke Versauerung über den gesamten beprobten Bereich bis in 1 Meter Tiefe geprägt sind (Abb. 3–11). An acht Standorten liegen die mittleren pH-Werte im Mineralboden in den Tiefenstufen bis 5 cm Tiefe im Fe-Pufferbereich mit pH-Werten zwi-schen 2,6 und 3,1. Weitere 4 BDF (BOT, DUI Ma, DUI Wa, LAM Bu) sind mit pH 3,5-4,0 et-was besser gepuffert und sind dem Al-Fe-Pufferbereich zuzuordnen. Auch in den tieferen Beprobungsstufen bis 90 cm wird der Austauscherpufferbereich (pH > 4,2) nicht erreicht; die einzige Ausnahme tritt auf der BDF GOC auf, wo in der Tiefenstufe bis 90 cm ein pH-Wert von 4,5 vorliegt.

Die Erst- und Zweituntersuchungen der Gruppe 1 zeigen keine einheitliche Verschiebung der pH-Werte. Zumeist streuen die Zu- bzw. Abnahmen um 0,4 pH-Wert-Einheiten, so dass sich noch keine eindeutige Veränderung ablesen lässt. Größere Abweichungen der Zweit- von der Erstuntersuchung liegen lediglich für die Tiefenstufe 30-60 cm an der BDF DUI Wa vor. Dort beträgt die Differenz -0,6 pH-Einheiten, was auf den vergleichsweise hohen ge-messenen pH-Wert einer Stichprobe der Erstuntersuchung zurückzuführen ist.

pH-Werte (CaCl2)* der Bodenhorizonte bis 90cm Tiefe

pHWerte der Zweitbeprobungen und Differenz von der Zweit zur Erstbeprobung --10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

pH-Wert

Tiefenstufe [cm]

BOT DUI Ma DUI Wa ELB ESS Sü GOC HAA KLE Re KLE Tb LAM Bu LAM Fi VEL

*pH-Messung in Suspension Boden/0,01m CaCl2, 1:2,5 (VdLUFA Methodenband I-1991;A.5.1.1 Teil 1)

- 0,5 ± 0 + 0,5 + 1,0

pH (2. Termin -1. Termin) Organische Auflage

Mineralboden

Abb. 3–11: pH-Mittelwerte der Tiefenstufen der sehr stark bis extrem versauerten BDF der Zweitbeprobung und deren Abweichung zur Erstbeprobung (grauer Kasten)

Gruppe 2: Auf vier BDF ist eine deutliche Zunahme der pH-Werte mit der Tiefe feststellbar (Abb. 3–11). Während der Säurehaushalt der oberen Tiefenstufen bis 10 bzw. 30 cm noch durch sehr niedrige pH-Werte geprägt ist, deutet der sprunghafte Anstieg auf Werte zwi-schen pH 5,6 und pH 7,4 in der Tiefe auf einen Einfluss der teils karbonatizwi-schen Ausgangs-substrate hin. In diesen Böden werden die Säureeinträge durch die Auflösung von Carbona-ten und SilikaCarbona-ten abgepuffert.

Die starke Zunahme des pH-Wertes im Oberboden bei der Zweitbeprobung auf der Fläche CAR um mehr als eine pH-Wert-Einheit kann auf eine Bestandskalkung im Jahr 2001 zu-rückgeführt werden.

In der Tiefenstufe 30-60 cm weichen die pH-Werte der Zweituntersuchung der BDF CAR, EWI und GLI um mehr als eine pH-Wert-Einheit von den Ergebnissen der Erstuntersuchung ab. Bei CAR sind die pH-Werte der Zweituntersuchung von fünf der sechs Feldparallelen um 2 bis 3 pH-Wert-Einheiten höher als bei der Erstuntersuchung. Bei EWI beträgt der Unter-schied zwischen den Feldparallelen der beiden Untersuchungsterminen zwischen 1 und 2,5 pH-Wert-Einheiten. Bei GLI wird der Unterschied durch einen einzelnen stark abweichenden pH-Wert der Zweituntersuchung ausgelöst. Die aufgeführten Differenzen zwischen Zweit- und Erstuntersuchung werden wahrscheinlich auf den Einfluss heterogener Ausgangssub-strate in der Tiefenstufe 30-60 cm zurückzuführen sein; es ist davon auszugehen, dass in dieser Tiefenstufe die Ausgangssubstrate kleinräumig wechseln und stellenweise carbona-tisch bzw. nicht carbonacarbona-tisch sind.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

pH-Wert

Tiefenstufe [cm]

CAR EWI GLI SCH

*pH-Messung in Suspension Boden/0,01m CaCl2, 1:2,5 (VdLUFA Methodenband I-1991;A.5.1.1 Teil 1)

- 0,5 ± 0 + 0,5 + 1,0

pH (2. Termin -1. Termin) Organische Auflage

Mineralboden

Abb. 3–12: pH-Mittelwerte der Tiefenstufen der BDF mit karbonatischen Ausgangssubstraten der Zweitbeprobung und deren Abweichung zur Erstbeprobung (grauer Kasten)

Gruppe 3: Erwartungsgemäß sind die BDF auf Grünland bzw. Parkwiese (DUI Bi) gegen-über den Waldstandorten deutlich besser gepuffert; die pH-Werte liegen in einem Bereich zwischen 4,5 bis 6,6 (Abb. 3–12). Die Pufferung erfolgt überwiegend im Austauscher- bis Si-likatpufferbereich. Deutliche Unterschiede zwischen Erst- und Zweitbeprobung sind nicht zu erkennen.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

pH-Wert

Tiefenstufe [cm]

DUI Bi HAA a KLE a LAM a LÜK

*pH-Messung in Suspension Boden/0,01m CaCl2, 1:2,5 (VdLUFA Methodenband I-1991;A.5.1.1 Teil 1)

- 0,5 ± 0 + 0,5 + 1,0

pH (2. Termin -1. Termin) Organische Auflage

Mineralboden

Abb. 3–13: pH-Mittelwerte der Tiefenstufen der Grünland-BDF (inkl. DUI Bi Parkwiese) der Zweitbeprobung und deren Abweichung zur Erstbeprobung (grauer Kasten)

In document Auswertung der Ergebnisse zu bodenchemischen Untersuchungen auf Bodendauerbeobachtungsflächen in NRW (Page 48-53)