4 Inf.bl. Forsch.bereich Wald 12, 2002
Wie reagieren Bodenmikroorganismen auf Holzasche im Wald?
Mit der Holzenergie-Förderung fällt immer mehr Holzasche an. Da diese wertvolle Nährstoffe in grossen Mengen enthält, liegt es nahe, die Asche im Wald auszubringen und damit die Elementkreisläufe zu schliessen. Doch wie reagie- ren die zahlreichen kleinen Bodenorganismen auf diese staubige Fracht? – Sie leben noch, und wie! Dies zeigt eine Fallstudie der Abteilung Bodenökologie.
Stephan Zimmermann und Beat Frey In der Gemeinde Unterehrendingen (Kanton AG) haben wir in einem ca.
70-jährigen Fichtenwald auf saurer Mo- lasse einen Feldversuch durchgeführt, um abzuklären, welche Konsequenzen die Holzascherückführung in den Wald hat (siehe Informationsblatt Wald Nr.11). Im Juli 2000 streuten wir Holz- asche in einer Konzentration von 8 t/ha von Hand auf den Waldboden (Abb. 1).
Kurz davor sowie 1, 4, 15, 62 und 460 Tage danach entnahmen wir Boden- proben, die wir in feldfrischem Zu- stand im Labor untersuchten. Neben bodenchemischen Parametern wie pH- Wert und tauschbaren Kationen be- stimmten wir verschiedene Enzym- aktivitäten, die Atmung der Bodenor- ganismen (CO2-Entwicklung, Abb. 3) und die mikrobielle Biomasse. Die Er- gebnisse verglichen wir mit analogen Untersuchungen auf Kontrollflächen.
Zudem haben wir während der ersten 62 Tage sowohl in den Kontrollflächen wie in den mit Asche behandelten Flä- chen die Bodenatmung (CO2-Entwick- lung) im Wald gemessen. Wir wollten mit dieser Untersuchung feststellen, wie die Holzaschebehandlung die Aktivität der Mikroorganismen beeinflusst.
Mehr Mikroorganismen
Die durch Mikroorganismen verursach- te CO2-Entwicklung der Bodenproben gilt als Mass für die mikrobielle Akti- vität des Oberbodens. Vor Behand- lungsbeginn war sie in den Kontrollflä- chen gleich hoch wie in den mit Asche behandelten Flächen (Abb. 2A, Zeit- punkt 0). Nach der Ascheausbringung steigt sie an und ist 4 Tage später fast doppelt so hoch wie in der Kontrolle.
Selbst 460 Tage nach der Behandlung bestehen noch signifikante Unterschie- de. Die Feldmessungen bestätigen die erhöhte mikrobielle Aktivität. Die Bodenatmung im Wald charakterisiert den CO2-Ausstoss an der Bodenober- fläche, der von der Wurzelatmung und von Mikroorganismen stammt. Vor der Behandlung ist er in beiden Varianten gleich hoch und danach in den mit Asche behandelten Flächen um den Faktor 1,5 höher als in der Kontrollfläche.
Ähnlich wie die Basalatmung nimmt auch die mikrobielle Biomasse nach dem Ausbringen der Holzasche zu.
Auch hier unterscheiden sich nach 460 Tagen die Kontroll- und die Holzasche- flächen immer noch signifikant (Abb.
2B). Offensichtlich ist die Zunahme der mikrobiellen Aktivität darauf zu- rückzuführen, dass sich die Mikroor- ganismen vermehrt haben. Es wäre theoretisch zwar auch möglich, dass dieselbe Anzahl Mikroorganismen mehr CO2 produzieren würde, was als Folge von Stress interpretiert werden müsste. Aufgrund der gesteigerten mi- krobiellen Biomasse gehen wir davon aus, dass in unserem Fall die erhöhte Stoffwechselaktivität in Wachstum um- gesetzt wird, was wir bodenbiologisch positiv beurteilen.
Den Grund für die Zunahme der mi- krobiellen Biomasse und der Basalat- mung dürfte in der Veränderung wich- tiger bodenchemischer Grössen zu su- chen sein. Normalerweise reagieren Bakterien auf eine Zunahme des pH- Werts (Säuregrad des Bodens) mit ge- steigertem Wachstum. Dank ihrer ho- Abb. 1: Stefan Zimmermann beim Aus-
bringen der Holzasche im Wald der Ge- meinde Unterehrendingen (Kanton AG)
hen Reproduktionsrate können sie sehr schnell auf solche Veränderungen rea- gieren. Der pH-Wert stieg durch die Ascheausbringung um mehr als eine pH-Einheit an und näherte sich damit dem Wachstumsoptimum der Bakteri- en. Die Mikroorganismen dürften da- rüber hinaus von den zahlreichen wich- tigen Nährstoffen, die in der Holzasche enthalten waren, profitiert haben.
Mikroorganismen holen sich fehlende Nährstoffe
Ein wichtiger Nährstoff fehlt allerdings in der Holzasche, da er während der Verbrennung in gasförmigen Verbin- dungen entweicht: der Stickstoff. Er liegt im Boden in organischen Verbin- dungen vor und ist deshalb für Pflanzen und Mikroorganismen nicht direkt ver- fügbar. Deshalb scheiden sowohl Pflan- zenwurzeln als auch Mikroorganismen Enzyme (chemische Verbindungen) aus, die den Stickstoff verfügbar machen.
Wir haben die Aktivität von Enzymen des Stickstoff- und des Phosphorkreis- laufes gemessen und festgestellt, dass diese im Stickstoffkreislauf tendenziell zunahm. Da mit der Holzasche mit Aus- nahme des Stickstoffes alle wichtigen Nährstoffe zugeführt wurden, ergab sich daraus ein Mangel an verfügbarem Stick- stoff. Demgegenüber nahm die Aktivi- tät der Enzyme des Phosphorkreislau- fes tendenziell ab, weil Phosphor in der Holzasche in hohen Konzentrationen und in pflanzenverfügbarer Form vor- handen ist.
Schlussfolgerungen
Nach dem Ausbringen von Holzasche in Mengen wie sie von Noger et al.
(1996) zu Düngezwecken in der Land- wirtschaft empfohlen werden, stellten wir keine nachteiligen Wirkungen auf die Bodenmikroorganismen fest. Die mikrobielle Biomasse und die Basalat-
Résumé
L’épandage de cendres de bois ne sem- ble pas être défavorable aux microorga- nismes des sols forestiers. Il augmente le pH du sol, ce qui favorise la biomasse microbienne et la respiration du sol. Les fortes teneurs en phosphore contenu dans les cendres freinent l’activité en- zymatique du cycle du phosphore. Par contre, le manque d’azote stimule celle du cycle d’azote. Au cours de cet unique essai, nous n’avons pas pu vérifier si un épandage répété augmentait les con- centrations de polluants.
Inf.bl. Forsch.bereich Wald 12, 2002 5 mung nahmen kurzfristig erheblich zu,
ohne dass dies auf Stresssymptome zu- rückgeführt werden könnte. Eine zen- trale Rolle spielt dabei der durch die Holzasche markant erhöhte pH-Wert des Bodens, so dass sich die Boden- bakterien deutlich vermehren.
Was wir mit einer einmaligen Holza- scheausbringung nicht untersuchen konnten, ist die Akkumulation von Schadstoffen, die mit der Holzasche in den Waldboden gelangen. Holzasche enthält relativ grosse Mengen an
Abb. 2 Entwicklung von Basalatmung (A) und mikrobieller Biomasse (B) im Oberboden.
Die Messpunkte sind Mittelwerte aus 9 Einzelmessungen ± 1 Standardfehler. HA = Holz- asche; KT = Kontrolle. Verschiedene Buchstaben innerhalb einer Behandlung kennzeichnen signifikante Unterschiede (paarweise Vergleiche mit Bonferroni-Korrektur, P ≤ 0.05).
Schwermetallen, selbst wenn naturbe- lassenes Holz verbrannt wurde (Bram- ryd und Fransman, 1995). Bäume neh- men entweder in geringen Mengen Schwermetalle aus dem Boden auf oder filtern diese aus der Luft aus und rei- chern diese an ihrer Oberfläche an. Es ist vorstellbar, dass bei wiederholter Ausbringung von Holzasche im Wald sich längerfristig Schadstoffe anrei- chern und dabei Gehalte im Boden erreichen, die für Mikroorganismen toxisch sein können.
Literatur
Bramryd, T.; Fransman, B., 1995:
Silvicultural use of wood ashes – effects on the nutrient and heavy metal balance in a pine (Pinus silve- stris, L.) forest soil. Water, Air and Soil Pollution 85: 1039–1044.
Noger, D.; Felber, H.; Pletscher, E., 1996: Verwertung und Beseitigung von Holzaschen. Schriftenreihe Umwelt Nr. 269. BUWAL, Bern.
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News aus der Forschung
Rote Föhren im Reuss- und Limmattal
Lenzburg und Umgebung die Kronen verschiedener Föhrenarten markant rot verfärbt seien. Ausser Schwarzföhren - und das war interessant - seien auch Waldföhren von derartigen Nadelver- färbungen betroffen. Für den Phytosa- nitären Beobachte- und Meldedienst (PBMD) kündigte sich ein lohnender Fall mit dem Pilz Sphaeropsis sapinea als Hauptverdächtigem an.
In Lenzburg angekommen, waren die leuchtend roten Nadelbäume nicht zu übersehen. Betroffen waren sowohl Schwarzföhren und Bergföhren im Stadtgebiet wie auch die Waldföhren im Wald. Bei vielen Bäumen waren alle Nadeln rot, andere waren nur auf einer Baumseite oder im oberen Kro- nenteil betroffen. Einmalig war, dass verschiedene Föhrenarten gleichzeitig an der selben Krankheit litten. Als Pa- thologe musste ich mich beherrschen, denn aus verständlichen Gründen durf- te ich nicht erwarten, dass meine innere Begeisterung für diese «herrlich kran-
ken Bäume» von den betroffenen Wald- und Baumbesitzern geteilt würde.
Im Verlauf der weiteren Abklärungen zu diesem Föhrensterben konnte der Pilz Sphaeropsis sapinea tatsächlich als Krankheitsverursacher identifiziert wer- den. Es zeigte sich, dass der Pilz einen speziellen Infektionsweg genommen hatte. Normalerweise dringt der Pilz über die austreibenden, zarten Nadeln ein. Ältere Nadeln scheinen resistent zu sein. Der Hagelschlag im Juni ermög- lichte dem Pilz jedoch, die natürlichen Resistenzbarrieren zu umgehen und durch Rindenverletzungen direkt in den Wirt einzudringen und alle Föhrenarten stark zu schädigen. Weitere Meldungen Angefangen hatte es ganz harmlos:
«Viele Föhren in Dietikon sind auffäl- lig braunrot verfärbt», berichtete Mitte August ein aufmerksamer Kollege. Es schien sich um eine bekannte Geschich- te zu handeln, um das Sphaeropsis- Triebsterben. Diese Pilzkrankheit schä- digt seit Jahren immer mehr Föhren in Gärten, insbesondere Schwarzföhren.
Die Berg- und die Waldföhre werden in der Regel kaum befallen. Die Anfra- ge liess sich vorerst routinemässig und schnell erledigen.
Doch dann ging es Schlag auf Schlag.
Ein Gartenbesitzer aus Niederrohrdorf, ein Gartenbauer aus Wallisellen und ein Reporter des «Reussboten» melde- ten sich in den folgenden Tagen und wollten wissen, was mit den Föhren in ihrer Gegend los sei und ob der starke Hagelschlag vom 24. Juni für die Baum- schädigung verantwortlich sein könn- te. Dann rief Frank Haemmerli, Stadt- oberförster von Lenzburg, an und bat
um einen Augenschein vor Ort, da in Abb. 1: Mit Pilzsporen gefüllter Fruchtkör- per von Sphaeropsis sapinea
460 62
4
0 1 15
0.5 1.0 1.5 A) Basalatmung
KT HA
a
ab
b
a a a
a c
bc ab bc
300 400 500 600 700
460 4 62
0 1 15
B) mikrobielle Biomasse (Cmic)
a KT
HA
a a
a a a a
ab ab b
b c
Zeit nach dem Ausbringen der Holzasche [Tage] (logarithmische Skala!) [µg Cg-1 dw]
[µg CO2-C g-1 dw h-1]
Abb. 3: Tragbares Infrarot-Messgerät, mit dem die Bodenatmung ermittelt wird
