Zusammenfassung

Die Wälder Mitteleuropas sind bis auf wenige Ausnahmen bewirtschaftet. Ein Ziel dieser Bewirtschaftung ist die Erhöhung des Anteils von Laub- und Mischwäldern.

Eine Möglichkeit zum Umbau von Beständen besteht in der Durchführung von Kleinkahlschlägen. Die zentralen Auswirkungen von Kahlschlägen auf den Wasser-haushalt wurden vielfach dargestellt, aber wenig berücksichtigt wurden bisher die peripheren Bereiche solcher Kahlschlagflächen, obwohl dort starke Gradienten auftreten können und diese Bereiche beachtliche Flächenanteile einnehmen können.

Zur differenzierteren Betrachtung der Komponenten des Wasserhaushalts wurden in einem Fichtenaltbestand, an dessen Rand zum Kahlschlag, im Zentrum des Kahlschlags und an der Peripherie des Kahlschlags die bodenphysikalischen Parameter so wie in hoher zeitlicher Auflösung die Bodenmatrixpotentiale erfasst.

Meteorologische Parameter wurden im Altbestand, im Kahlschlagzentrum und an dessen Rändern gemessen. Mit diesen zeitlich variablen Eingangsgrößen wurde mit dem modularen Modellsystem EXPERT-N die raumzeitliche Dynamik der hydro-logischen Parameter in verschiedenen Durchgängen modelliert. Ein Modellauf wurde unter der Prämisse durchgeführt, dass die Verhältnisse auf der Freifläche und im Zentrum des Kahlschlags auf die jeweiligen Randbereiche übertragbar sind. In einem weiteren Durchlauf wurden die Eingangsparameter auf der Grundlage der Erken-ntnisse über die Strahlungsverhältnisse an den Randbereichen modifiziert und mit dem ersten Durchlauf verglichen.

Die Arbeit zeigt, dass die Verhältnisse im Zentrum nicht das hydrologische Geschehen der Gesamtfläche repräsentieren. Die Einflüsse des Bestands auf die Randbereiche des Kahlschlags führten teilweise zu erhöhten Wassergehalten. In Bereichen des Bestandes, die an den Kahlschlag grenzten, traten vermehrt Tage mit kritischen Matrixpotenitalen für Bäume auf. Die Darstellung dieser Auswirkungen mittels des Wasserhaushaltsmodells wurde unter Berücksichtigung der horizontalen Effekte erzielt.

4.2 Einleitung

Pflanzen sind eine wichtige Regelgröße im Wasserhaushalt von terrestrischen Ökosystemen und ihre Anteile als auch ihre Verteilung in unterschiedlichen Öko-systemen bestimmen das hydrologische Geschehen in Wassereinzugsgebieten (Lorz et al., 2007). Wälder mit einem Flächenanteil von etwa 30 % in Deutschland haben aufgrund ihrer Artenzusammensetzung und Oberflächenbeschaffenheit (Rauhigkeit, Bedeckungsgrade, Albedo) einen besonders großen Einfluss auf Energie- und Stoffumsätze. Da die Wälder bis auf wenige Ausnahmen in Mitteleuropa bewirt-schaftet werden, bedarf es der Abschätzung der Wirkung forstlicher Eingriffe auf hydrologische Größen wie die Grundwasserspende oder den Gebietswasserabfluss.

Eine Prämisse der heutigen Waldbewirtschaftung ist die Erhöhung des Anteils von Laub- und Mischwäldern. Je nach Ausgangslage kann dies durch verschiedene Maßnahmen, wie z.B. Einzelstammentnahmen oder Kleinkahlschläge, geschehen.

In einer Reihe von Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich der Wechsel von Nadel- zu Laubbaumbeständen auf die den Wasserhaushalts beeinflussenden Größen auswirkt und unter anderem eine höhere Grundwasserspende zur Folge hat (u.a. Peschel et al., 2002; Armbruster et al., 2004; Benecke, 1984). Dieser Wechsel wird in der Regel durch die Entnahme einzelner Stämme oder kleiner Baumgruppen herbeigeführt, wodurch Bestandslücken unterschiedlicher Größe geschaffen werden.

Verschiedene Arbeiten berichten über die Einflüsse von Bestandslücken auf die Komponenten des Wasserhaushalts. Solche Einflüsse sind zum Beispiel eine Erhöhung des Bestandsniederschlags, eine verringerte Interzeption und Transpiration, aber auch eine erhöhte Evaporation (Marthews et al, 2008; Bartsch et al., 2002; Aboal et al., 2000; Bäumler et al., 1997; Hüser et al., 1996; Bauhus, 1994).

Ein forstwirtschaftlicher Eingriff, der zum eingangs erwähnten Wechsel von Nadel- zu Laubbaumbeständen beitragen kann, aber in vielerlei Hinsicht ein Extrem darstellt, ist der Kahlschlag. Von verschiedenen Autoren konnte verdeutlicht werden, in welchem Umfang sich Kahlschläge auf die Komponenten des Wasserhauhalts auswirken. Solche Auswirkungen sind zum Beispiel eine Erhöhung der Evaporation sowie eine Verringerung der Transpiration und Interzeption, die zu einer insgesamt reduzierten Evapotranspiration führen sowie zu einem teilweisen Auftreten von Oberflächenabfluss, einem Anstieg der Bodenwassergehalte und der Grund-wasserspende und letztendlich zu höheren Grundwasserspiegeln (Parfitt et al., 2002;

De Keersmaeker et al., 2000; Fleming et al., 1997; Hüser et al., 1996; Dube et al., 1995; Likens et al., 1970). Darüber hinaus wurde in zahlreichen Studien aus unterschiedlichen Disziplinen gezeigt, wie sich der zeitlich und räumlich abrupte Übergang vom kahlgeschlagenen Gelände in den angrenzenden Bestand kleinräumig stark modifizierend auf stoffliche und energetische Umweltparameter sowie auf Reaktionen der Biota auswirkt (Kapos, 1993; Lewis, 1998; Didham. 1999; Didham et al. 1998a, 1998b; Carvalho and Vasconcelos, 1999; Lovejoy, 1986). An den

Übergängen zwischen Bestand und Freifläche wird von graduellen Änderungen der abiotischen Umweltparameter berichtet (Camargo and Kapos, 1995). Insbesondere Niederschläge und Lufttemperaturen (Radler et al., 2008) sowie die Bodentemperaturen und der Strahlungsinput ändern sich mit der Entfernung zum Bestandsrand und beeinflussen die Umweltbedingungen von Arealen der Freifläche und des Bestandes bis auf 60 m Entfernung von der Bestandsgrenze (vgl. Kapitel 3, Fröhlich et al., 2009a). Strahlung und Luftemperatur haben einen starken Einfluss auf die stomatären Leitfähigkeiten (Adams et al., 1991) und somit auf die Transpiration.

Ferner wurden an den Rändern von Kahlschlägen höhere Dekompositionsraten festgestellt (Didham 1998c), was wiederum die Qualität des Sickerwassers beeinflussen kann (Katzensteiner, 2003). Für die Bilanzierung der Stofflüsse jedoch ist eine genaue und differenzierte Betrachtung des Bodenwasserhaushalts unbedingt er-forderlich.

Studien zu Änderungen des Wasserhaushalts wurden vorwiegend im Zentrum von Kahlschlägen durchgeführt (vgl. Moore and Wondzell, 2005; Adams et al., 1991) oder Jahrzehnte nach Abholzung und anschließender Wiederaufforstung (Mäkitalo et al., 2004; Cienciala et al., 2002). Im Gegensatz dazu betrachtet die hier durchgeführte Studie die ersten Jahre direkt nach der Abholzung und bezieht explizit randliche Standorte ein.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die nachfolgenden Hypothesen einer Überprüfung zu unterziehen und sie zu quantifizieren. Dazu wurden neben den Untersuchungen im Feld auch Modellrechnungen herangezogen.

 Auf Kleinkahlschlägen repräsentieren Messungen im Zentrum nicht das hydrologische Geschehen auf der Gesamtfläche.

 Der verbleibende Altbestand beeinflusst erhebliche Flächenanteile des Kleinkahlschlags, was sich nicht nur in der Verteilung der Niederschläge auswirkt sondern auch auf die Evapotranspiration und die Grundwasserspende.

 Auch der Altbestand wird in seinen Randbereichen hinsichtlich des Wasserhaushaltes beeinflusst.

 Daraus folgt, dass ein Kahlschlag hinsichtlich des Wasserhaushaltes nicht als Einheit angesehen werden kann, sondern einer räumlich und zeitlich differenzierten Betrachtung bedarf, was insbesondere eine Modifikation der Inputparameter gegenüber den Verhältnissen des Kahlschlagzentrums erfordert.

Des Weiteren soll die Anwendbarkeit des Modellsystems EXPERT-N (Priesack, 2006) auf forstwirtschaftlich genutzte Systeme geprüft werden.