Indikator-Factsheet: Humusvorrat in forstlichen Böden

Indikator-Factsheet: Humusvorrat in forstlichen Böden

Verfasser: Bosch & Partner GmbH (Konstanze Schönthaler)

i. A. des Umweltbundesamtes / KomPass, FKZ 3711 41 106

Mitwirkung: Thünen-Institut (TI) für Waldökosysteme (Prof. Dr. Andreas Bolte, Dr. Nicole Wellbrock, Erik Grüneberg)

Letzte

Aktualisierung:

13.05.2014 Bosch & Partner GmbH (Konstanze Schönthaler) 09.10.2017 Prof. Dr. Bolte

Nächste

Fortschreibung:

Aktualisierung erst nach der BZE 3, ab 2024

I Beschreibung Interne Nr.

FW-R-5

Titel:

Humusvorrat in forstlichen Böden Einheit:

%

Kurzbeschreibung des Indikators:

Häufigkeitsverteilung der Zu- oder Abnahme der C-Vorräte (organischer Koh- lenstoff Corg) in forstlich genutzten Mineralböden (bis 30 cm Tiefe) bezogen auf die Waldfläche

Berechnungsvorschrift:

Prozentualer Anteil der Waldfläche, die in die Klasse „Abnahme oder geringe Zunahme“ fällt = Flächenbelegung aller Bodengruppen, deren ermittelte C-Vor- ratsdifferenz in die Klasse „geringe Zunahme“ fällt / gesamte von allen Boden- gruppen repräsentierte Waldfläche * 100

analog für die beiden Klassen „moderate Zunahme“ und „hohe Zunahme“ (s.u.) Klassifizierung der Veränderungen:

-1 = Abnahme oder geringe Zunahme: <=0,23 t/ha*a 0 = moderate Zunahme: >0,23 bis <=0,45

1 = hohe Zunahme: > 0,45 t/ha*a

Die Berechnung erfolgt in mehreren Teilschritten (zur detaillierten Erläuterung der methodischen Vorgehensweise in den einzelnen Schritten s. Anhang VIII):

 Schritt 1: Bildung von Bodengruppen (organische Böden bleiben aus der Betrachtung ausgeschlossen, weil die Datenlage für eine repräsen- tative Aussage für Deutschland nicht ausreichend ist)

 Schritt 2: Ermittlung des auswertbaren Datenkollektivs

 Schritt 3: Ermittlung der Differenz zwischen den Corg-Vorräten zwischen der BZE I und der BZE II

 Schritt 4: Ermittlung der Differenz zwischen den Corg-Vorräten zwischen der BZE I und der BZE II für das „pair“- und „unpair“-Datenkollektiv

 Schritt 5: Gewichtung der gemittelten Differenzwerte und Ermittlung ei- nes Differenzwerts für jede Bodengruppe

 Schritt 6: Zusammenführung der für jeden Bodentyp ermittelten Diffe- renzwerte aus dem „pair“- und „unpair“-Datenkollektiv

 Schritt 7: Klassifizierung der C-Vorratsänderungen

 Schritt 8: Ermittlung des prozentualen Waldflächenanteils (basierend auf CORINE Landcover), das den Klassen zugeordnet werden kann (s.

oben stehende Berechnungsformel).

Interpretation des Indikatorwerts:

Je höher der Indikatorwert für die jeweiligen Klassen, desto größer ist die Wald- fläche, die der jeweiligen Klasse (Veränderung des C-Vorrates) zugeordnet werden konnte.

II Einordnung

Handlungsfeld: 1. Wald und Forstwirtschaft 2. Boden

Indikationsfeld: 1.1. Verbesserung der Standortbedingungen, Reduzierung zusätzlicher Stres- soren

2.1 Anpassung der Landnutzung, des Flächenmanagements Thematischer

Teilaspekt:

1.1.1 Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit

1.1.2 Steuerung des regionalen / lokalen Wasserhaushalts

2.1.1 Managementmaßnahmen zur Verminderung der Vulnerabilität

DPSIR: Response

III Herleitung und Begründung Referenzen auf

andere Indikato- rensysteme:

Improved pan-European Indicators for Sustainable Forest Management (MCPFE Expert Level Meeting Vienna 2002):

Indikator 1.4 “Carbon stock of woody biomass and of soils on forest and other wooded land” unter dem Kriterium 1 „Maintenance and Appropriate Enhance- ment of Forest Resources and their Contribution to Global Carbon Cycles”) Indikator 2.2 “Soil condition (Chemical soil properties (pH, CEC, C/N, organic C, base saturation) on forest and other wooded land related to soil acidity and eutrophication, classified by main soil types)” unter dem Kriterium 2 “Mainte- nance of Forest Ecosystem Health and Vitality”

Begründung: Zwischen Klimaveränderungen und dem Gehalt an Humus bzw. wichtigsten Bestandteils des Humus, dem organischen Kohlenstoff (Corg), gibt es vielfältige Wechselwirkungen:

1. Klima und Witterung haben Einfluss auf Humusbildung und -abbau im Bo- den.

2. Humus im Boden ist ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoff- kreislaufs; Aufbau- und Abbauprozesse von Humus bzw. organischem Kohlenstoff entscheiden, ob Böden Senken oder Quellen von CO2 sind.

3. Humus spielt eine herausragende Rolle für die Bodenqualität. Humusreiche Böden sind stabiler gegenüber Bodenbeeinträchtigungen, ertragsreicher und können mehr Wasser aufnehmen und halten. Man kann daher davon ausgehen, dass die Sicherung eines optimalen Humusgehalts ein wesentli- cher Baustein zur Anpassung der Böden an die Folgen des Klimawandels ist.

Zu 1: Das Klima bzw. die Witterung spielt eine wichtige Rolle bei Auf- und Ab- bauprozessen von Humus. Erhöhte Jahresmitteltemperaturen bewirken in der Regel eine Erhöhung der mikrobiellen Aktivität im Boden. Zudem setzt die Akti- vität der Bodenmikroorganismen mit der Temperaturerhöhung im Jahresverlauf früher ein. Eine verstärkte mikrobielle Aktivität verursacht eine Erhöhung der Mineralisation und führt zum verstärkten Abbau der organischen Bodensub- stanz. Der Umfang des damit verbundenen Humusschwunds ist stark abhängig

von Temperatur und Feuchtegehalt des Bodens. Allerdings kann die Produktivi- tät des Waldes bei klimatisch bedingt günstigeren Standorteigenschaften und erhöhten CO2-Gehalten ansteigen, wodurch dem Boden auch verstärkt organi- sches Material zugeführt wird. Es vollziehen sich also gegenläufige Prozesse, deren Ergebnis sich noch nicht klar voraussehen lässt. Man geht davon aus, dass von klimatischen Änderungen und Nutzungsänderungen am stärksten die Kohlenstoffvorräte in den humosen Auflagen und etwas abgeschwächt die der Oberböden bis 30 cm Tiefe betroffen sind. Die alten Humusbestandteile der tie- feren Bodenhorizonte sind dagegen eher Spiegel historischer Klimabedingun- gen (Schubert 2010). Da sich auch die Trockenraumdichte des Feinbodens (TRD FB) in Abhängigkeit vom Corg-Gehalt verändert, sind die Vorräte (Gehalt und TRDFB) ein relevanter Indikator.

Zu 2: Im Boden sind etwa 80 % der aktiv am Kohlenstoffkreislauf teilnehmen- den terrestrischen organischen Kohlenstoffvorräte gebunden. Somit sind in den Böden der Erde gegenwärtig insgesamt ca. 70 Mrd. t Kohlenstoff gespeichert (Blume et al. 2002 und EU 2008 zit. in: Kaufmann-Boll 2011: 139). Aufgrund dieser immensen Kohlenstoffvorräte in Böden sowie des Ausmaßes der CO2- Flüsse zwischen Boden und Atmosphäre können bereits geringfügige Änderun- gen im Corg-Gehalt der Böden erhebliche Auswirkungen auf das Klima und die Bodenqualität haben (Schils et al. 2008, LABO 2010). In den Wäldern umfasst das Verhältnis zwischen dem ober- und unterirdischen Kohlenstoffspeicher eine große Spannbreite. Als mittlere Faustzahl wird in der Literatur für Europa ein Verhältnis von 1:2 angegeben (Schubert 2010).

Zu 3: Humus hat immense Bedeutung für die Verbesserung nahezu aller Bo- deneigenschaften. Eine ausreichende Humusversorgung ackerbaulich genutz- ter Böden dient der nachhaltigen Sicherung ihrer Produktivität. Humus beein- flusst die physikalischen, chemischen und biologischen Bodenfunktionen.

Hierzu zählen (Körschens et al. 2004):

 die Speicherung von Nährstoffen und Wasser,

 das Filter- und Puffervermögen,

 die biologische Aktivität,

 das Bodengefüge (Förderung der Aggregatstabilität, positive Beeinflussung des Luft- und Wasserhaushalts, Schutz vor Schadverdichtung und Erosion).

Eine systematische, quantitative Analyse der Zusammenhänge zwischen Hu- musgehalt und Bodenfunktionen liegt bisher nur für Teilfunktionen wie die Was- serspeicherung und die Kationenaustauschkapazität, jedoch noch keineswegs für alle relevanten Bodenfunktionen vor. Dies liegt auch darin begründet, dass die Zusammenhänge zwischen Bodenfunktionen und der organischen Sub- stanz i. d. R. (mit Ausnahme der o. g. Teilfunktionen) weniger auf den Gesamt- gehalten basieren als auf einzelnen Fraktionen. So dient z. B. insbesondere die leicht abbaubare organische Substanz als Lebensgrundlage für Bodenorganis- men und daran geknüpfte Prozesse (Aggregierung, Abbau organischer Schad- stoffe, Nährstofffreisetzung). Stark umgewandelte organische Substanz ist be- sonders wichtig für die Sorption von Kationen und organischen Schadstoffen.

Diese Komplexität der Zusammenhänge ist auch der Grund dafür, dass es bis heute noch keine belastbaren, an Bodenfunktionen und Standorttypen orien- tierten Angaben zu Optimalgehalten organischer Substanz gibt (Wessolek et al.

2008).

Der DAS-Response-Indikator fokussiert im Wesentlichen auf den oben be- schriebenen dritten Sachverhalt und beruht auf der Hypothese, dass hohe Hu- musgehalte in Waldböden der Stabilisierung des Wasser- und Stoffhaushalts der Waldökosysteme dienen und deren Widerstandskraft und Anpassungsfä- higkeit stärken. Ein großes Wasserspeichervermögen ermöglicht es den Waldökosystemen, auch länger andauernde heiße und niederschlagsarme Pe- rioden zu überstehen.

Der Indikator berücksichtigt die Kohlenstoffvorräte in den oberen 30 cm des Mi- neralbodens. Im Rahmen der Bodenzustandserhebung im Wald werden bun- desweit auch Daten zu den Kohlenstoffvorräten in der Humusauflage ermittelt.

In der Humusauflage wurden auf den meisten Standorten aber bisher keine nennenswerten Veränderungen von Kohlenstoffvorräten gefunden, und die Un- tersuchungsergebnisse lassen sich nicht eindeutig interpretieren. Der organi- sche Kohlenstoff in der Humusauflage unterliegt vergleichsweise schnellen Auf- und Abbauprozessen und ist somit besonders stark äußeren Einflüssen ausge- setzt. Außerdem schwanken die Humusvorräte kleinräumig sehr stark, was die Interpretation von Änderungsraten erschwert. Aus diesen Gründen bildet der Indikator Änderungen von Kohlenstoffvorräten in der Humusauflage nicht ab.

Als Reaktion auf die Klimaveränderungen wird einer gezielten Humuswirtschaft vor diesem Hintergrund auch im Wald eine erhöhte Bedeutung für die Leis- tungsfähigkeit der Wälder zukommen. Diese Erkenntnis hat wiederum Auswir- kungen auf die künftige Ausgestaltung forstwirtschaftlicher Nutzungspraktiken, die in Zukunft darauf auszurichten sind, in ausreichendem Umfang Holzernte- reste, Astmaterial und Altholz im Wald zu belassen.

Trotz der genannten Fokussierung auf Anpassungsaspekte liegt eine Stärke des Indikators darin, dass er mit der Sicherung hoher Vorräte organischen Koh- lenstoffs in den Böden eine Maßnahme propagiert, die sowohl mit Blick auf den Klimaschutz als auch die Anpassung für sinnvoll erachtet wird.

Schwächen: Die Fortführung der BZE ist derzeit noch unklar. Ob im Falle einer generellen Fortführung eine regelmäßige Erhebung möglich ist, ist noch nicht absehbar.

Da die Humusgehalte stark kleinräumlich variieren, ist eine statistische Absi- cherung von Humus-Vorratsänderungen trotz der großen Zahl von BZE-Flä- chen schwierig.

Die Analytik der Corg-Bestimmung setzt der Klassenbildung verhältnismäßig enge Grenzen. Veränderungen unter 1 % sind aufgrund der kleinräumigen He- terogenität und der analytischen Nachweisgrenze nicht signifikant, daher ma- chen auch differenziertere Klasseneinteilungen keinen Sinn. Allerdings bringt die recht grobe Klassenbildung auch mit sich, dass Änderungen nur sprunghaft und nicht kontinuierlich abgebildet werden (Änderungen innerhalb der Klassen- grenzen bilden sich nicht ab, auch kleine Änderungen an den Klassengrenzen können zum Klassenwechsel führen).

Nicht alle Bundesländer haben Trockendichten bei beiden Inventuren bestimmt, so dass die Veränderung der TRD ggf. nicht berücksichtigt wurde. Die Bestim- mung des Skelettgehaltes kann ggf. ebenfalls unsicher sein, da manche Bun- desländer nur Schätzwerte erhoben haben. In diesen Fällen wurde der gemes- sene Schätzwert aus einer Inventur für die Berechnung der TRD des Feinbo- dens der gemessene Wert für beide Inventuren berücksichtigt.

Da manche Bundesländer ihr Erhebungsraster zwischen den Inventuren ver- schoben haben, mussten diese Bundesländer als unabhängige Stichprobe be- handelt werden und die Veränderungen über Veränderungen innerhalb einer BÜK-Einheit berechnet werden und nicht punktweise.

Der Indikator trifft mit seiner aktuellen Formulierung bisher nur Aussagen zur Entwicklung des Humusgehalts im Mineralboden. Hier gilt, dass den meisten mineralischen Waldböden i. d. R. Steigerungen des Corg-Gehalts als wün- schenswert angesehen werden können, da die Waldböden ohnehin – im Ver- gleich zu den landwirtschaftlichen Böden – eher schlecht mit Humus versorgt sind. Anders kann sich jedoch die Situation in der Humusauflage darstellen.

Dort kann eine Kohlenstoffanreicherung – je nach Ausgangssituation – auch ungünstig sein, wenn es durch zu hohe C-Gehalte zu einer „C-Sperre“ kommen kann, d. h. der Abbau der organischen Substanz gehemmt ist, die Nährstoffe in Folge weitgehend blockiert werden und nur in geringen Anteilen für die Pflan-

zen verfügbar sind. Außerdem können sehr mächtige Humusauflagen hydro- phobe Eigenschaften haben und sich damit nachteilig auf die Wasserspeicher- kapazität des Bodens auswirken. Zu diesen Entwicklungen trifft der Indikator keine Aussage.

Aufgrund der vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Klimaveränderungen und dem Gehalt an Humus im Boden (s. die unter „Begründung“ dargestellten Zusammenhänge) ist bei der Erläuterung des Indikators im Indikatorenbericht große Sorgfalt geboten, um die dem Indikator zugrunde liegende Hypothese (hohe Humusgehalte in Waldböden dienen der Stabilisierung des Wasser- und Stoffhaushalts der Waldökosysteme und stärken deren Widerstandskraft und Anpassungsfähigkeit) eindeutig darzustellen und von den anderen Zusammen- hängen abzugrenzen.

Rechtsgrundla- gen, Strategien:

 Waldstrategie 2020 (BMELV 2011)

 Entschließung des Rates vom 15. Dezember 1998 über eine Forststrategie für die Europäische Union (1999/C 56/01) (Europäische Forststrategie)

 Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel 2008 (DAS) Ziele: Waldstrategie 2020, S. 11: Wald soll als CO2-Senke erhalten bleiben.

Europäische Forststrategie (Pkt. 13): Der Rat der Europäischen Union ist der Ansicht, dass die Rolle der Wälder als Kohlendioxidabsorber und -speicher in- nerhalb der Europäischen Union am besten durch eine nachhaltige Waldbewirt- schaftung gewährleistet werden kann und dass der Beitrag der Europäischen Union und der Mitgliedstaaten zu Strategien gegenüber Klimaveränderungen mit dem Protokoll von Kyoto in Einklang steht; dieser Beitrag kann dadurch ge- leistet werden, dass bestehende Kohlenstoffbestände geschützt und ausgebaut und neue Kohlenstoffbestände angelegt werden [...].

DAS, Kap. 3.2.4:

 Schutz der ökologischen Leistungsfähigkeit der Böden durch [...] den Erhalt der organischen Substanz

 Schutz der Bodenfunktionen

 Intensivierung des Bodenschutzes im Hinblick auf die Gefahren [...] des Rückgangs der Humusgehalte, v a. auch in hydromorphen Böden

 Umsetzung standortangepasster Landnutzungsstrategien zur Verringerung negativer Effekte durch Veränderungen in der Boden- und Humusbildung und damit der C-Sequestrierung

Berichtspflichten: Nationale Treibhausgas-Berichterstattung zum Kyoto-Protokoll (für Corg)

IV Technische Informationen

Datenquelle: Bundesweite Waldzustandserhebung BZE Räumliche

Auflösung:

flächenhaft NUTS: nicht relevant

basierend auf dem Rasternetz der BZE (8 x 8 km Grundraster, ca. 2.000 Stichprobenflächen) Geographische

Abdeckung:

flächenrepräsentativ für ganz Deutschland,

organische Böden sowie stark anthropogen veränderte Böden werden nicht in die Auswertung einbezogen, da diese Böden in ihren Eigenschaften eine Son- derstellung aufweisen.

Zeitliche Auflösung:

bisher zweimalig:

BZE I: 1987-1993 BZE II: 2006-2008 Beschränkungen: keine

Verweis auf Daten-Factsheet:

FW-R-5_Daten_Humus.xls

V Zusatz-Informationen

Glossar: Humus: Unter Humus werden alle diejenigen abgestorbenen organischen Komponenten verstanden, die sich in und auf dem Mineralboden befinden.

Dazu gehören u. a. abgestorbene pflanzliche und tierische Stoffe sowie deren Umwandlungsprodukte (z. B. DOM). Der Humus ist charakterisiert durch Streustoffe, Nichthumin- und Huminstoffe. Die stoffliche Beschaffenheit (z. B.

Aggregatstabilität) und Zusammensetzung sind sehr heterogen (Scheffer &

Schachtschabel 2002). Die Bedeutung des Humus liegt in der komplexen Be- einflussung nahezu aller Bodeneigenschaften und -funktionen. Er ist eine lang- sam fließende Nährstoffquelle für die Pflanzen. Durch mikrobiellen Abbau der Humusbestandteile werden organisch gebundene Elemente (Kohlenstoff, Stick- stoff, Phosphor, Schwefel, Sauerstoff) in pflanzenaufnehmbare Verbindungen umgewandelt (Capriel & Seiffert 2009).

Corg: Organischer Kohlenstoff (Corg) ist der wichtigste Bestandteil des Humus.

Kohlenstoffvorräte: Kohlenstoffvorräte werden über die Menge des in den Bö- den gespeicherten Kohlenstoffs quantifiziert. Die Bestimmung erfolgt über den gewichtsbezogenen Humusgehalt (im Durchschnitt 50 % organischer Kohlen- stoff) und die volumenbezogene Gesamtmenge an organischen Kohlenstoff.

Weiterführende Informationen:

Anonymous 2005: AK Standortskartierung in der Arbeitsgemeinschaft Forstein- richtung. Waldökologische Naturräume - Forstliche Wuchsgebiete und Wuchs- bezirke in der Bundesrepublik Deutschland. Mitt. Ver. Forstl. Standortskunde u.

Forstpflanzenzüchtung.

BMELV – Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (Hrsg.) 2006: Arbeitsanleitung für die zweite bundesweite Bodenzustandserhe- bung im Wald (BZE II)

Hammel K. & Kennel M. 2001: Charakterisierung und Analyse der Wasserver- fügbarkeit und des Wasserhaushalts von Waldstandorten in Bayern mit dem Si- mulationsmodell Brook90. Forstl. Forschungsber. München 185.

Kaufmann-Boll C., Kappler W., Lazar S., Meiners G., Tischler B., Baritz R., Düwel O., Hoffmann R., Utermann J., Makeschin F., Abiy M., Rinklebe J., Prüß A., Schilli C., Beylich A., Graefe U. 2011: Anwendung von Bodendaten in der Klimaforschung. F+E-Vorhaben des UBA 3708 71 205 01. Entwurf zum Ab- schlussbericht vom 14.2.2011.

LABO – Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz 2010: LABO-Positi- onspapier „Klimawandel - Betroffenheit und Handlungsempfehlungen des Bo- denschutzes“ vom 9.6.2010

www.labo-deutschland.de/documents/LABO_Positionspapier_Boden_und_

Klimawandel_090610_aa8.pdf

Schils R., Kuikman P., Liski J., van Oijen M., Smith P., Webb J., Alm J., So- mogyi Z., van den Akker J., Billett M., Emmett B., Evans C., Lindner M., Palosuo T., Bellamy P., Jandl R., Hiederer R. 2008: Review of existing infor- mation on the interrelations between soil and climate change. ClimSoil - Final Report, Wageningen, 177 pp and Annexes.

http://ec.europa.eu/environment/soil/pdf/climsoil_report_dec_2008.pdf Schubert A. 2010: Organisch gebundener Kohlenstoff im Waldboden – Die BZE2 gibt Einblick in die Größenordnung des Kohlenstoffspeichers. LWF aktu- ell 78/2010, Freising: 11-14.

www.lwf.bayern.de/veroeffentlichungen/lwf-aktuell/78-bze-bodenzustandserhe- bung/Organisch-gebundener-Kohlenstoff-im-Waldboden.pdf

Teepe R., Dilling H., Beese F. 2003: Estimating water retention curves of forest soils from soil texture and bulk density.

Wellbrock N. & Bolte A. 2008: Carbon sequestration potential of soils in com- mercial forests in Germany – contribution of National Forest Monitoring to the advancement of knowledge. Landbauforschung - vTI Agriculture and Forestry Research 4 2008 (58): 247-252.

Wessolek G., Kaupenjohann M., Dominik P., Ilg K., Schmitt A., Zeitz J., Gahre F., Schulz E., Ellerbrock R., Utermann J., Düwel O., Siebner C. 2008: Ermitt- lung von Optimalgehalten an organischer Substanz landwirtschaftlich genutzter Böden nach § 17 (2) Nr. 7 BBodSchG. Schlussbericht zum F+E-Vorhaben 202 71 264 des UBA, Berlin, 163 S.

VI Umsetzung – Aufwand und Verantwortlichkeiten Aufwands-schät-

zung:

Datenbe- schaffung:

1 nur eine datenhaltende Institution Datenverar-

beitung:

3 Vor der Zusammenführung der Daten zur Darstellung des Indikators ist eine komplexere Datenaufbereitung und -aus- wertung notwendig. Die Formeln sind zwar im Daten-Facts- heet angelegt, aber die Einfügung der umfangreichen Da- tensätze bedarf eines nicht unerheblichen Aufwands an händischer Arbeit und Qualitätssicherung.

Erläuterung:

Die Methodenentwicklung und Erstberechnung des Indikators hat das Thünen- Institut für Waldökosysteme übernommen. Die Berechnung des Indikatorenteils A (Veränderung von Corg) erfolgt auch unabhängig von der DAS für die Kyoto- Berichterstattung, und die Übernahme in das DAS-Indikatorensystem ist daher nicht mit einem nennenswerten Zusatzaufwand verbunden. Für die Übernahme der jeweils aktuellen Daten in das Daten-Factsheet sind ca. 4 Stunden zu kal- kulieren.

Datenkosten: keine

Zuständigkeit: Thünen-Institut für Waldökosysteme Erläuterung:

Die Methodenentwicklung und Erstberechnung des Indikators hat das Thünen- Institut für Waldökosysteme übernommen. Die Aktualisierung der Indikator- werte liegt auch weiterhin in der Verantwortung des TI. Dies gilt auch für die im Folgenden genannten methodische Anpassung:

Die Angaben zu Veränderungen der Corg-Vorräte beziehen sich derzeit nur auf den Mineralboden. Grundsätzlich würden die BZE-Daten aber auch Aussagen zur Entwicklung der Humusgehalte in der organischen Auflage ermöglichen.

Von den Ländern sind allerdings noch nicht alle für die Berechnungen relevan- ten Aussagen (u. a. Aussagen zur Humusform) an das TI übermittelt worden.

Grundsätzlich gilt, dass die Verhältnisse im Auflagehorizont komplizierter zu beurteilen sind und eine differenzierte Bewertung (u. a. nach Humusform und Bodentyp) mit Bezug auf „optimale Humusgehalte“ erforderlich wäre. Diese Be- rechnungen wären grundsätzlich möglich. Die differenzierten Datenzulieferun- gen aus den Ländern müssen aber abgewartet werden. Ferner müssten im TI Kapazitäten für die Durchführung der Berechnungen bereitgestellt werden.

VII Darstellungsvorschlag

VIII Anhang

Details zur Berechnung der Veränderungen der Corg-Vorräte in Waldböden

Zu Schritt 1) Bildung von Bodengruppen:

Die Regionalisierung der C-Vorräte für den Mineralboden basiert auf der Bildung flächenrele- vanter Straten. Grundlage hierfür waren die 72 Legendeneinheiten der Bodenübersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:1.000.000 (BÜK 1000). Hierin sind Leitbodentypen und Ausgangsgesteine der Bodenbildung nach deutscher Bodensystematik (AG BODEN 1994) und FAO Legende (FAO-UNESCO 1990) beschrieben. Da die einzelnen Klassen unterschied- lich stark mit Stichprobenpunkten besetzt waren, wurden die einzelnen Leitbodeneinheiten zu neuen Bodengruppen aggregiert. Die Klassenbildung orientierte sich sowohl an vergleichba- ren Bodentypen als auch am Substrattyp bzw. am Ausgangsgestein sowie an der Bodenart und am Kalkgehalt. Für die flächenbezogene Auswertung konnten 53 Leitbodeneinheiten klas- sifiziert werden, die entsprechend ihrer pedogenen Eigenschaften in 16 neue Bodengruppen höherer Ordnung überführt wurden. Organische Böden bleiben aus der Betrachtung ausge- schlossen, weil die Datenlage für eine repräsentative Aussage für Deutschland nicht ausrei- chend ist. Die Zuordnung der einzelnen Flächen erfolgte auf Grundlage der bei den Inventuren aufgenommenen standortsspezifischen Daten. Hierfür gingen das Ausgangssubstrat bzw. die Schichtung mehrerer Ausgangssubstrate, die Bodenart und ihre Abfolge im aufgenommenen Bodenprofil, die Abfolge und Mächtigkeit der Bodenhorizonte und der Bodentyp ein. Zur Veri- fizierung erfolgte ein Abgleich mit den im jeweiligen Wuchsbezirk vorkommenden Leitbodenas- soziationen der BÜK 1.000. Dazu wurden mit Hilfe eines GIS die BÜK 1.000 mit der aktuellen Wuchsgebietskarte (Anonymus 2005) verschnitten.

Zu Schritt 2) Ermittlung des auswertbaren Datenkollektivs:

Für die Auswertung der C-Vorräte im Mineralboden standen 1.865 Punkte der BZE I und 1.813 Punkte der BZE II zur Verfügung. Die Anzahl der letztendlich verwendeten Punkte liegt jedoch unterhalb der angegebenen Anzahl, da nicht für alle Punkte die notwendigen Informationen

38,2 % 29,4 % 32,4 %

0 20 40 60 80 100

BZE I* - BZE II* BZE II* - BZE III BZE III - BZE IV

Anteile der Klassen [%]

C-Vorrat: Abnahme bis geringe Zunahme (<=0,23 t/ ha*a) C-Vorrat: moderate Zunahme (>0,23 bis <=0,45 t/ ha*a) C-Vorrat: hohe Zunahme (>0,45 t/ ha*a)

Datenquelle: Thünen-Institut für Waldökosysteme (Auswertung auf der Basis von Daten der Bodenzustandserhebung (BZE) im Wald)

* BZE I: 1987-1993; BZE II: 2006-2008

zur Klassifizierung von Bodengruppen vorlagen. Generell wurden organische Böden sowie stark anthropogen veränderte Böden nicht in die Auswertung einbezogen, da diese Böden in ihren Eigenschaften eine Sonderstellung aufweisen. Darüber hinaus blieben alle Bodengrup- pen unberücksichtigt, die mit weniger als 5 Stichpunkten besetzt waren. Durch die Bildung von Bodengruppen (s. Schritt 1) oder von unterschiedlichen Bestockungstypen (Laub-,Nadel-, Mischwald) wurde versucht, die Variabilität innerhalb homogener Gruppen zu minimieren. Es kann dennoch nicht ausgeschlossen werden, dass bestimmte Werte aus dem Datenkollektiv ausscheren. Solche Werte wurden als Ausreißer angesehen und mittels gängiger statistischer Verfahren identifiziert und eliminiert. Letztendlich gingen nach Bereinigung der Stichprobe für die BZE I 1.469 und für die BZE II 1.491 Punkte in die Auswertung ein.

Zu Schritt 3) Trennung des Gesamt-Datensatzes in ein „pair“- und „unpair“-Kollektiv:

An einem Großteil der BZE-Inventurpunkte wurden Erhebungen sowohl im Rahmen der BZE I als auch der BZE II vorgenommen, so dass gepaarte Stichproben erzeugt wurden. Für an- dere Inventurpunkte liegen jedoch keine gepaarten Erhebungen vor. In einem Bundesland kam es zu einer systematischen Rasterverschiebung, wodurch keine echte Wiederholung der Beprobung stattfinden konnte. In einem anderen Bundesland wurde ein Teil des Rasters neu angelegt, wodurch nicht für alle Punkte Daten für beide Inventurzeitpunkte vorlagen.

Die BZE-Punkte, an denen zu beiden Zeitpunkten Erhebungen stattgefunden haben, werden als „pair“ eingestuft, diejenigen, für die es keine zwei Erhebungen an identischen Standorten gibt, als „unpair“. Da der Umfang der „unpair“-Erhebungen nicht unerheblich ist und bei einer alleinigen Berücksichtigung der „pair“-Erhebungen die Datenkollektive ganzer Bundesländer aus der Auswertung ausgeschlossen würden, wurde in Übereinstimmung mit den Bundeslän- dern entschieden, Unschärfen bei der Auswertung zu akzeptieren und alle Daten zu berück- sichtigen.

Zu Schritt 4) Ermittlung der Differenz zwischen den C

-Vorräten zwischen der BZE I und der BZE II für das „pair“- und „unpair“-Datenkollektiv

Für das „pair“-Datenkollektiv lässt sich die Differenz zwischen den C

-Vorräten zwischen der BZE I und der BZE II mit einer einfachen Subtraktionsrechnung für jeden einzelnen BZE-Punkt ermitteln. Um die Veränderung pro Jahr zu ermitteln, wird der Differenzbetrag durch die ver- gangene Zeit (in Jahren) zwischen beiden Inventuren dividiert. Die Differenzwerte werden für jede Bodengruppe in jedem Bundesland gemittelt.

Für das „unpair“-Datenkollektiv erfolgt die Berechnung als Differenzbildung zwischen den Mit- telwerten aus allen im Rahmen der BZE I und der BZE II erhobenen Werte. Auch in diesem Falle erfolgt die Differenzbildung individuell für jede Bodengruppe in jedem Land. Um auch hier die Veränderung pro Jahr ermitteln zu können, wird durch die über alle Erhebungen ge- mittelte vergangene Zeit (in Jahren) zwischen den Inventuren dividiert.

Zu Schritt 5) Gewichtung der gemittelten Differenzwerte und Ermittlung eines Differenzwerts für jede Bodengruppe:

Die Bodeninventuren fanden in der Regel auf einem systematischen 8 x 8 km Raster statt.

Einige Bundesländer mit geringer Waldfläche verdichteten jedoch das Raster auf 4 x 4 km, um

die erforderliche Punktanzahl über die Waldfläche verteilen zu können. Um die unterschiedli- che Rasterdichte zu berücksichtigen, müssen die ermittelten Differenzwerte mit der Waldflä- che (basierend auf CORINE Landcover), die von jeder Bodengruppe in jedem Bundesland eingenommen wird, verrechnet werden. Sie gehen dann – in Abhängigkeit von der Größe der Waldfläche – gewichtet in die Ermittlung des C

-Differenzwert für jede Bodengruppe ein. Die- ses Verfahren findet sowohl für das „pair“- als auch das „unpair“-Datenkollektiv Anwendung.

Zu Schritt 6) Zusammenführung der für jeden Bodentyp ermittelten Differenzwerte aus dem

„pair“- und „unpair“-Datenkollektiv:

Die Zusammenführung der Ergebnisse aus den Berechnungen unter Nutzung des „pair“- und

„unpair“-Datenkollektivs für jede einzelne Bodengruppe erfolgt ebenfalls gewichtet in Abhän- gigkeit des von beiden Datenkollektiven in jeder Bodengruppe repräsentierten Waldfläche.

Zu Schritt 7) Klassifizierung der C-Vorratsänderungen:

Aufgrund des regional unterschiedlichen Ausmaßes von Kohlenstoffveränderungen wurden Bereiche mit geringen, mit mittleren und mit hohen Änderungsraten ermittelt. Die Klassenein- teilung erfolgte, indem jeweils ca. ein Drittel der von den Bodengruppen besetzten Waldfläche mit den geringsten und den höchsten Vorratsänderungen zusammengefasst wurde (Tab. 1).

Die sich daraus ergebenden Klassengrenzen sollen allen weiteren Auswertungen von Inven- turdaten in den Folgejahren zugrunde gelegt werden, so dass ersichtlich wird, ob in Zukunft eine größere oder kleinere Waldfläche z. B. in die Klasse hoher Zunahme fällt.

Tab. 1: Mittlere jährliche Kohlenstoffvorratsänderungen zwischen beiden Inventurzeitpunkten Jährliche C-Vorratsänderungen

(t / ha)

Gering Moderat Hoch

<=0,23 >0,23 bis <=0,45 >0,45