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Keller, H. M. (1975). Die Qualität des Wassers aus Waldgebieten. Berichte, Eidgenössische Anstalt für das forstliche Versuchswesen: Vol. 138. Birmensdorf: Eidgenössische Anstalt für das forstliche Versuchswesen.

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Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, CH-8903 Birmensdorf

Sonderdruck aus „Allgemeine Forstzeitschrift"

Nr.138, 1975

29 (1974) 49:1074-1076

ALLGEMEINE FORSTZEITSCHRIFT, 8 München 40, Lothstraße 29. Erscheint wöchentlich, Probeheft gratis.

Die Qualität des Wassers aus Waldgebieten Oxf. 116.2

Von Hans M. Keller, Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Birmensdorf

Das Niederschlagswasser, das durch Industrie und Besiedlung in seiner chemischen Zu- sammensetzung stark verändert werden kann, wird im Wald als Kronendurchlaß oder Stammablauf im Kontakt mit der Blatt- und Stammoberfläche beeinflußt. Sein Chemismus verändert sich, bevor das Wasser den Waldboden erreicht. MAYER (14) hat diese Umset- zungen in einem Buchenwald untersucht (500 m ü. M., 1000 mm Jahresniederschlag) und beobachtete eine fast zehnfache Erhöhung der Kalium-Konzentration zwischen freiem Niederschlag und Kronendurchlaß. Die Konzentrationen von Ca, Mg, S, Na und Cl ver- doppelten sich nahezu, während die Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen beinahe unverändert blieben. Für die Beurteilung der Wasserqualität aus Waldgebieten ist also bereits die Zusammensetzung des Niederschlagswassers (7), (8), (17), (19), (23) und des- sen Veränderung beim Durchsickern durch das oberirdische Bestandesgefüge zu be- achten.

Einfluß des Waldbodens

Die Qualitätsveränderungen des Wassers vom Erreichen des Waldbodens bis zum Eintritt in das nächstliegende Bachgerinne, Oberflächengewässer oder in den Grund- wasserstrom hängt stark vom Sickerweg ab.

Ist dieser nahe der Bodenoberfläche, ge- langt das Wasser rasch in das nächstgele- gene Gerinne. Tiefe Sickerwege dagegen führen das Wasser mit großen zeitlichen Verschiebungen zum Vorfluter oder in den Grundwasserbereich. Man nimmt deshalb an, daß nach einem Niederschlagsereignis nur die unmittelbar an das Gerinne angren- zenden Flächen eigentlichen Oberflächen- abfluß liefern. In Waldgebieten wird der größte Teil des Niederschlagswassers in die oberste Bodenschicht infiltrieren und dann je nach Bodenbeschaffenheit und Steilheit des Geländes nahe der Oberfläche abflie- ßen oder tiefer in den Bodenkörper ein- sickern. In den meisten Fällen wird auch das nahe der Oberfläche abfließende Nie- derschlagswasser erst nach Ende des Nie- derschlagsereignisses das Gerinne errei- chen und deshalb nur bei Starkregen zum eigentlichen Spitzenabfluß beitragen. Je länger der Niederschlag dauert, desto grö- ßer wird die an das Gerinne angrenzende Fläche, welche Oberflächenabfluß liefert.

Bei extremen Starkregen kann diese Fläche das ganze Gebiet überdecken.

Diese Vorstellung über den Prozeß des Abflusses trägt eine Reihe von Konsequen- zen bei der Betrachtung der Wasserqualität, wie sie im Gerinne beobachtet wird mit sich.

Die gerinnenahen Flächen, deren Vegeta- tionsdecke und Bewirtschaftung, sind für Belastung und Verschmutzung der Bäche in hohem Maße verantwortlich. Eine ähn- liche Bedeutung erhalten auch sumpfige, flachgründige und felsige Gebiete, die na- turgemäß keine oder nur eine sehr be-

schränkte Einsickerung in den Boden zu- lassen. Unter solchen Verhältnissen wird das Niederschlagswasser direkt dem Ge- rinne zugeführt. Leichtlösliche und an der Bodenoberfläche verfügbare Stoffe gelan- _gen in kurzer Zeit in den Vorfluter, unab- hängig von deren Schädlichkeit. Handelt es sich dagegen um normal durchlässige, tiefgründige und gerinneferne Flächen, wer- den die im Niederschlag gelösten Stoffe bei der Perkolation durch den Waldboden komplexen Umsetzungsprozessen ausge- setzt. Die Struktur, Humus- und Tonanteil, biologische Aktivität und andere Boden- faktoren spielen dabei eine große Rolle (21), (25), (11). Ein Teil des Bodenwassers gelangt in geneigtem Gelände auf kurzen oder langen Sickerwegen in ein Bachge- rinne oder in ebenem Gelände in den Grundwasserstrom. Mit dem Verlassen des biologisch aktiven Oberbodens sind auch die meisten Umsetzungsprozesse abge- schlossen. Die weitere chemische Verände- rung des nun im Gerinne abfließenden oder im Grundwasser fortströmenden ehemali- gen Bodenwassers hängt von der Beschaf- fenheit des Mediums ab. Das Wasser im Gerinne verändert sich in natürlichen Wald- gebieten nur wenig, solange es sich um tiefgesickertes Wasser während nieder- schlagsfreien Zeiten handelt. Setzen aber neue Niederschläge ein, wird das mit gelö- sten Stoffen angereicherte Niedrigwasser mit Oberflächenwasser vermischt, dessen Menge von der Intensität und Dauer des Niederschlages abhängt. Dadurch entsteht oft eine Verdünnung der im Niedrigwasser gelösten Stoffe. Umgekehrt nimmt die Kon- zentration jener Stoffe zu, die im Oberflä- chenwasser mitgeschwemmt und im tief- gesickerten Wasser kaum vorhanden sind.

Es entstehen somit Konzentrationsverände- rungen, die nicht nur von Menge und In-

tensität der Niederschläge abhängen, son- dern auch von der Durchlässigkeit des Bo- dens und der Bereitschaft der Bodenober- fläche, das Niederschlagswasser eindringen zu lassen. Der Verlauf der Kalziumkonzen- tration bei zunehmendem Abfluß ist an einem Beispiel zweier benachbarter Ein- zugsgebiete der Flyschvoralpen in der Ab- bildung dargestellt. Verdünnungen sowie Anreicherungen von Stoffkonzentrationen in Bachwässern, die abflußabhängig sind, wurden u. a. von WAGNER (26), BERN- HARDT (3) et al. und KELLER H. (9) beob- achtet.

Einfluß von Muttergestein und Klima Die geologische Unterlage und die vorherr- schenden klimatischen Bedingungen sind in ihrer gegenseitigen Einflußnahme die Hauptfaktoren, die Menge und chemische Zusammensetzung des abfließenden Was- sers unter natürlichen Bedingungen abstim- men. Die Bodenbildung, der Chemismus und die physikalischen Eigenschaften des Bodens sind das Resultat langer Einwirkun- gen von Niederschlag, Menge, Intensität und dessen zeitliche Verteilung, der Strah- lungs- und Temperaturverhältnisse sowie weiterer klimatischer Faktoren auf das Mut- tergestein. Zusammen mit der Vegetations- entwicklung und Bodenbildung, die wie- derum zum großen Teil von Klima und Muttergestein abhängen, stellt sich ein Ab- flußregime, Wasser- und Stoffhaushalt ein.

Solange sich also Vegetation und Boden in den durch Muttergestein und Klima ge- gebenen Grenzen natürlich entwickeln kön- nen, ist kaum eine starke Veränderung des Wasser- und Stoffhaushaltes vorauszuse- hen. Werden dagegen Bodenbildung und Vegetationsentwicklung durch Maßnahmen der Bewirtschaftung stark verändert, so ist eine Beeinflussung des Wasser- und des Stoffhaushaltes wahrscheinlich. Es liegt also in der Hand des den Boden bewirtschaften- den Menschen, einerseits ungünstige Ver- änderungen im Wasser- und Stoffhaushalt zu vermeiden oder andererseits früher ge- machte Fehler durch Gegenmaßnahmen wiedergutzumachen.

Einfluß der Waldbewirtschaftung

Wenn es um die qualitativen Merkmale des Wassers aus Quellgebieten geht, spielen die Waldvegetation im Einzugsgebiet in

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ihrer Zusammensetzung sowie Zustand und Art der Bewirtschaftung eine ernstzuneh- mende Rolle. Ob Laub- oder Nadelbestand, ob Jungwuchs oder Altbestand, ob Kahl- schlag oder Plenterung, mit oder ohne Dün- gung und Verwendung von Pestiziden, diese und andere Unterschiede können die Qualität des Wassers ganz erheblich beein- flussen. Laubzersetzung und Humusbildung,

Licht und Feuchtigkeit an der Bodenober- fläche sowie im Boden und die Schädigung der Bodenstruktur bei der Holzerei sind zu berücksichtigen. Allein der Umstand, daß ein Einzugsgebiet bewaldet ist, bürgt nicht für genügenden Schutz des Quell- und Grundwassers.

1. Durch Kahlschläge

Kahlschläge auf größeren Flächen haben den Nachteil, daß Bodenabtrag auf geneig- ten Flächen begünstigt wird. Der Kreislauf von Bioelementen wird gestört, das boden- nahe Mikroklima wird plötzlich verändert, die künstliche Wiederbestockung fordert in- tensive Pflegemaßnahmen und Unkrautbe- kämpfung, und weitere Konsequenzen ent- stehen je nach Art der Schlagräumung und dem Einsatz von Maschinen und Giftstoffen.

Wie in der amerikanischen Literatur mehrmals angedeutet (20), (6), steigen die Stickstofffrachten im Wasser aus Kahl- schlagflächen stark an. Es wird vermutet, daß die Produkte der Nitrifikation im Bo- den durch die Pflanzen nicht mehr aufge- nommen werden können und deshalb zum Abfluß gelangen. Dies dauert solange an, bis entweder eine neue Pflanzengeneration die Stoffe wieder aufnimmt oder die biolo- gische Aktivität im Boden wegen fehlen- dem Streuenachschub, Rohhumusabbau, Bodenabtrag (22) und Veränderung des Mikroklimas abnimmt und damit auch die Nitrifikationsprozesse reduziert.

Von der biologischen Aktivität im Wald- boden hängt auch die Kohlensäureproduk- tion ab, die die Löslichkeit von Mineralstof- fen beeinflußt. Durch eine Verminderung der C02-Produktion wird auch die Mineral- konzentration in der Bodenlösung, im Grundwasser und im Trockenwetterabfluß reduziert.

Werden zur Ernte, Räumung und Wieder- bepflanzung auf Schlagflächen Maschinen eingesetzt, wird nicht nur die Struktur und Oberfläche des Bodens in Mitleidenschaft gezogen. Öl und Benzin gelangen schon bei kleineren Unfällen in den Waldboden und können die Qualität des Boden- und Quellwassers bedrohen.

2. Durch die Bestandespflege

Großflächige Pflanzungen, vor allem auf Kahlflächen, sind in den ersten Jahren oft starker Konkurrenz durch Unkraut ausge- setzt. Die Verwendung von Unkrautvertil- gungsmitteln im Wald bedeutet aber eine Gefahr für die Qualität des Wassers im Boden und somit des Quellwassers. Auch wenn nicht alle diesbezüglichen Versuche (18), (10), (24) negative Resultate gezeigt haben, ist Vorsicht geboten. Ein Waldbo- denfilter kann nicht beliebige Mengen Gift- sto.ffe zurückhalten. Ist der Schwellenwert erreicht, werden solche Stoffe in den Unter- boden und damit ins Nutzwasser gelangen. Ober die Belastbarkeitsgrenzen des Wald-

bodens, wie auch anderer Böden, bestehen aber noch sehr große Wissenslücken.

Durch die Regulierung der Baumarten- mischung im Lauf der bestandespflegeri- schen Eingriffe kann mindestens indirekt die Qualität des Wassers beeinflußt wer- den. Wo immer die klimatischen und hydro- geologischen Verhältnisse es erlauben, ist auf einen guten, vollständigen und raschen Abbau der Nadel- und Laubstreu zu achten.

Dies kann durch genügende Beimischung von Laubholzarten in Nadelholzbeständen sowie durch starke und lichtfördernde Durchforstungen gefördert werden. Eine saure Streuschicht reduziert die biologische Aktivität; eine relativ kleine Nitrifikations- rate ist die Folge und entsprechend klei- nere Stickstofffrachten gelangen in die un- ter- aber auch oberirdischen Gewässer.

Bedeutsamer ist aber die damit verbundene reduzierte Mineralstoff-Aufnahme im Bo- denwasser. Dieses wird chemisch instabi- ler, weniger gepuffert und verliert an Selbstreinigungskraft im Oberflächengewäs-

ser wie im Grundwasser.

Daß durch rechtzeitige und genügend starke Durchforstungsarbeiten auch die in den Waldboden gelangende Niederschlags- menge zunimmt und somit als Folge davon für das Wachstum der Pflanzen und den Wasserertrag mehr Wasser zur Verfügung steht, sei hier ebenfalls erwähnt (15). Dies spielt besonders in Schneel~gen eine Rolle, wo durch genügend Schneeablagerung im Bestand der Wasserertrag erhöht werden kann.

3. Durch Düngung von Waldbeständen Zur Zuwachssteigerung, namentlich in Fich- tenbeständen, sind in Europa verschiedent- lich Düngerbehandlungen vorgenommen worden (2), (1), (4), (5), (11), (27). Teilweise sind sie mit einer Kalkgabe gekoppelt, um die Humussäuren in der Nadelstreu zu neu- tralisieren und damit das zu erreichen, was durch Förderung der natürlichen biologi- schen Aktivität oft auch erreicht werden könnte. Auch wenn die erhöhten Stickstoff- und Phosphorfrachten in den Gewässern als Folge dieser Düngungsvorhaben be- zeichnet werden, scheinen folgende Punkte wesentlich:

• Düngergaben sind schwierig zu kontrol- lieren. Sowohl die regelmäßige Vertei- lung im Gelände wie auch die notwendige

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Kontrolle durch Wasseranalysen, welche bei großflächiger Anwendung unbedingt gefordert werden müssen, werden auf- wendig und darum schlecht oder gar nicht durchgeführt.

• Auch kleine Erhöhungen der Stickstoff- frachten in den Gewässern bedeuten eine zusätzliche Belastung der Oberflächen- gewässer. Der Wald kann dann nicht mehr als Landschaftselement geringen und natürlichen Stickstoff- und Phosphor- austrages gelten. Damit verliert er in dichtbesiedelten Gebieten ein wichtiges Argument seines Bestehens und seiner Erhaltung.

• Die möglicherweise zutreffende Steige- rung der Holzproduktion auf einer ge- düngten Fläche bringt nur scheinbare ökonomische Vorteile für die Waldwirt- schaft. Auch wenn die Rechnung von Auf- wand gegenüber Ertrag für den Wald positiv ausgeht, sind dabei alle jene Mehrkosten nicht verbucht, die durch die z usätzliche Belastung der Wasserreini-

gungsanlagen entstehen. Es bleibt näm- lich noch abzuklären, ob auch nach Ab- geltung dieser Folgeerscheinungen die Rechnung noch positiv ausgeht. Auf die Bedeutung der Waiddüngung in den USA weist MOORE (16) hin. Es sei aber nicht auf die Konsequenzen eingegangen, die eine ähnliche Betrachtungsweise für die Landwirtschaft zur Folge hätten.

4. Durch die Holzernte

Die Verwendung von Maschinen bringt im- mer die Gefahr von 01-und Benzinunfällen mit sich. Auch wenn bis heute kaum solche Unfälle bekanntgeworden sind, scheint es wichtig, daß solchen Möglichkeiten genü- gend Rechnung getragen wird und durch entsprechende Vorsichtsmaßnahmen be- gegnet wird. An Lagerplätzen, und überall dort, wo stehende Maschinen im Einsatz sind, muß wassergefährdenden Unfällen besonders vorgebeugt werden.

Bei der Holzernte entsteht auch schwer verwertbarer Abfall. Äste werden liegen- gelassen, in Haufen verbrannt oder aufge- rüstet einer Verwertung zugeführt. Werden sie liegengelassen, sollen die offenen Ge- wässer und Uferzonen gemieden werden, da bei erhöhtem Wasserstand die Äste mit- geschwemmt werden, sich verkeilen und einen Stau mit späterem Durchbruch und

Kalziumgehalt und Abflußmenge in 2 Einzugsgebieten

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der Flyschvoralpen der Schweiz. Das m i t - - - bezeichnete Gebiet ist zu 93 Prozent bewaldet und weist nur sehr kleine Sumpfflächen auf, die ausgezogene Kurve entstammt einem zu 25 Prozent versumpften l;in- zugsgebiet.

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Hochwasserwelle auslösen können. Das- selbe gilt auch für Rindenabfälle, die aus Nachlässigkeit oder Unachtsamkeit in offe- nen Gewässern deponiert werden. In bei- den Fällen wird auch die Biologie des offe- nen Gewässers gefährdet. Die Selbstreini- gung eines Gewässers sowie sein biologi- scher Zustand ist dann optimal, wenn seine Randzonen durch Bäume und Sträucher be- stockt sind, die genügend Schatten werfen, und wenn selbstverständlich keinerlei De- ponien in Bachnähe angelegt werden.

Beim Verbrennen von Holzernteabfällen wird die Bodenfläche des Feuerplatzes völ- lig verbrannt und jegliches Bodenleben in der obersten Schicht zerstört. Andererseits wird durch die Asche der Boden natürlich gedüngt, was nicht nur für die Neupflan- zung, sondern auch das Unkraut ein besse- res Wachstum bedeuten kann. Diese Vor- gänge dürften sich aber auf die Qualität des Wassers nur dann negativ auswirken, wenn durch oberflächliche Abschwemmung die Asche ins Gerinne gelangt, oder wenn die neu gebildeten wasserlöslichen Salze, begünstigt durch feuchte Witterung, aus- gewaschen werden.

Die Holzernte wird nicht immer unmittel- bar nach dem Schlag abtransportiert. La- gerplätze von Rundholz sowie Schichtholz sind deshalb häufig im Wald anzutreffen.

Bei länger andauernder Lagerung stellt sich die Frage der Holzkonservierung (13), (12) und damit der Gebrauch von Pestiziden.

Diese bedeuten eine Gefahr für die Quell- wasser aus Waldgebieten. Dabei geht es nicht nur um die angewendete Brühe, son- dern ebensosehr um die Verwendung der Restbrühe, die nur allzuoft leichtfertig aus- geleert wird, anstatt in vollem Umfange ordnungsgemäß vernichtet zu werden. Eine Holzernte-Organisation, die auch die Lage- rung und allfällige Konservierung ohne Ver- wendung von Pestiziden miteinbezieht, ist deshalb aus Gründen des Wasserschutzes unbedingt erforderlich. Nur Katastrophen- fälle sollen Ausnahmen schaffen.

Zusammenfassung und Folgerungen Es geht bei der Behandlung von Waldflä- chen nicht nur um die Wasserverschmut- zung in absoluten Beträgen. Es geht aber vor allem um die

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b e r w a c h u n g der Arbeiten selbst sowie der gefährdeten Ge- wässer. Daraus entsteht die dringende For- derung auf intensive Überwachung nicht nur der Arbeiten im Walde, sondern eben- sosehr der chemischen Analyse der betrof- fenen Gewässer. Bei Anwendung umwelt- freundlicher Methoden fallen diese Über- wachungsaufgaben weitgehend weg, der Wald bleibt in seinem Gefüge natürlicher Wechselbeziehungen erhalten.

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