Totholz – ein Kohlen- stoffspeicher? - BayCEER

Globaler Wandel
Inken Krüger
Werner Borken
Christoph Schulz
Totholz –
ein Kohlenstoffspeicher?
Eine Studie über den
Beitrag von Totholz zur
Kohlenstoffspeicherung
in bayerischen Wäldern
Anders als in Wirtschaftswäldern werden im Naturschutzgebiet
Rohrberg alte Bäume nicht gefällt. Als
stehendes Totholz sind sie ein Lebensraum für Insekten,
Vögel und Pilze.

Zu einem natürlichen Wald gehören nicht
nur alte Bäume mit großen Kronen, sondern
auch jene Bäume, die schon lange kein Grün
mehr tragen. Das so genannte Totholz erfüllt viele
ökologische Funktionen. Es ist Lebensraum für
Vögel, Insekten und Pilze, Wasserspeicher, ein
Keimbett für Jungwuchs und Bestandteil des Nährstoffkreislaufs.
Als Teil des Kohlenstoffkreislaufs
wird Totholz im Kyotoprotokoll berücksichtigt.
Dennoch liegen wenig Zahlen über die Rolle von
Totholz im Kohlenstoffkreislauf vor: wie viel Totholz
kommt in den heimischen Wäldern vor und
wie lange verbleibt es im Wald? Was passiert nach
der Holzzersetzung mit dem Kohlenstoff? Reichert
sich Kohlenstoff aus Totholz im Boden an oder
wird dieser vollständig zu CO2 mineralisiert?
Um den Einfluss von Totholz auf Kohlenstoffvorräte
beschreiben zu können, werden in drei bayerischen
Wäldern mit den hier typischen Baumarten
Fichte, Buche und Eiche Untersuchungen zur
Funktion von Totholz durchgeführt. Dabei werden
je ein unbewirtschafteter Wald und ein nahe gelegener
bewirtschafteter Wald betrachtet. Zur Ermittlung
der Totholzmengen kann man bei oberirdischem
Totholz auf zwar aufwendige, aber relativ
einfache Art und Weise vorgehen: mit Maßband
und Zollstock werden alle toten Stämme, Stümpfe
und Äste mit einem Durchmesser größer als 7 cm
abgemessen und erfasst. Anhand äußerer Merkmale
wird ein Zersetzungsgrad zugewiesen und
durch das Anbohren von Stämmen die Holzdichte
bestimmt. Die Erfassung von unterirdischem Totholz
gestaltet sich schwieriger. So müssen zu dessen
Erfassung abgestorbene Wurzelstöcke mithilfe
eines Baggers ausgegraben werden. In den für alte
Eichen bekannten Naturschutzgebieten Rohrberg
im Spessart und Ludwigshain bei Kelheim finden
sich mit bis zu 165 m 3 /ha (30 t Kohlenstoff)
rund fünfmal mehr oberirdisches Totholz als in
den angrenzenden Wirtschaftswäldern. Im Naturwaldreservat
Grübel im Bayerischen Wald, einem
Fichtenbestand, kommen rund 65 m 3 /ha Totholz
(11 t Kohlenstoff) vor. Sowohl in seiner Funktion
als Lebensraum als auch in Hinblick auf die Zersetzungsrate
ist nicht nur die Menge an Totholz,
sondern auch die Totholzform von Bedeutung. So
findet man im unbewirtschafteten Wald abgestorbene
Eichenstämme mit Volumen von bis zu 10 m 3
und hohe Anteile an stehendem Totholz.
Um einzuschätzen, ob Totholz eine Kohlenstoffsenke
ist, genügt eine Momentaufnahme der Totholz-
Ausgabe 1 . 2011
vorräte nicht. Angaben über die Verweilzeit von
Totholz im Wald sind ebenfalls notwendig. Zur
Bestimmung dieses Zeitraums werden zwei verschiedene
Methoden eingesetzt. Bei der dendrochronologischen
Kreuzdatierung werden die Jahrringsequenzen
von Totholzstämmen digitalisiert
und mit Sequenzen von Bäumen, deren Absterbejahr
bekannt ist, verglichen. Da die Jahrringbreiten
von ökologischen Faktoren wie dem Wetter abhängen,
ist die Abfolge von breiten und schmalen
Ringen für die Bäume eines Bestands sehr ähnlich
und ermöglicht eine präzise Datierung. Mit der
Radiokarbonmethode kann das Alter des jüngsten
Inken Krüger bei der Aufnahme von
Totholz. Die Geoökologin schreibt seit
Oktober 2009 am Lehrstuhl für Bodenökologie
bei Werner Borken an ihrer Doktorarbeit
mit dem Titel „Potential von ober- und
unterirdischen Totholz als Kohlenstoffsenke in
Natur- und Wirtschaftswäldern“.
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Globaler Wandel
Stark zersetztes Totholz, das teils
übereinandergestapelt ist, stellt eine
Herausforderung für die vollständige Kartierung
dar. Die Aufnahme aus dem Naturschutzgebiet
Ludwigshain zeigt, wie viel Totholz sich
auf kleinem Raum sammeln kann.
Jahrrings bestimmt werden. Durch oberirdische
Atombombentests wurden in den 1950er und
60er Jahren große Mengen des radioaktiven Kohlenstoffisotops
14 C in die Atmosphäre freigesetzt.
Seit dem Moratorium 1963 nimmt die 14 C Konzentration
in der Atmosphäre kontinuierlich ab. Durch
diesen Effekt kann die Radiokarbonmethode nicht
nur für archäologische Zwecke, sondern auch für
rezente Altersbestimmungen genutzt werden. Zur
Altersbestimmung von Totholz ist sie deshalb anwendbar,
da die 14 C Konzentration jedes Jahrrings
jener der Atmosphäre im entsprechenden Jahr
entspricht. Beide Methoden setzen jedoch voraus,
dass die Waldkante, der letzte gebildete Jahrring,
noch vorhanden ist. Stark zersetztes Totholz kann
deshalb nicht datiert werden.
Der Zersetzungsprozess ist von vielen Parametern
abhängig, wie vom Pilzbefall, der Exposition, der
Dicke des Stammes oder mechanischen Schäden
des Holzes. So korreliert der Todeszeitpunkt nicht
zwingend mit Zersetzungsgrad und der Holzdichte.
Das maximale Alter von Totholz ist stark abhängig
von der Baumart. So kann Eichentotholz
Verweilzeiten von über 60 Jahren aufweisen. Das
gefundene und datierte Fichten- und Buchentotholz
geht hingegen nach etwa 30 Jahre in einen
stark zersetzen Zustand über, in dem es nicht mehr
datiert werden kann.
Projekt KLIP 23
Doch was passiert nach der Holzzersetzung mit
dem Kohlenstoff? Der überwiegende Teil gelangt
durch den mikrobiellen Abbau als CO 2 in die Atmosphäre,
ein geringerer Teil in den Boden. Der
Boden enthält in unseren Breiten einen beträchtlichen
Vorrat an organischem Kohlenstoff. In den
untersuchten Wäldern konnten Mengen von bis zu
14 t/ha in der Humusauflage und bis zu 82 t/ha
Kohlenstoff in den obersten 10 cm des Bodens
berechnet werden. Doch wie viel Kohlenstoff sich
durch Totholz im Boden anreichern kann, ist bislang
kaum untersucht. Auf den Versuchsflächen
soll durch den Vergleich von bewirtschaftetem und
unbewirtschaftetem Wald dieser Einfluss bestimmt
werden. Für die Analyse wurden in jedem der untersuchten
unbewirtschafteten sowie bewirtschafteten
Wäldern 30 Bodenproben bis in 1 Meter
Tiefe entnommen und deren Kohlenstoffgehalt untersucht.
Um Aussagen über die Umsatzzeiten von
organischem Kohlenstoff im Boden treffen zu können,
wird die 14 C-Signatur von verschiedenen Fraktionen
des Bodens bestimmt. Die Auswertung der
bisherigen Resultate zeigt, dass die Bewirtschaftungsform
keinen Einfluss auf den Gesamtkohlenstoffgehalt
des Bodens hat. Allerdings ändert
sich der Gesamtkohlenstoffgehalt nur langsam im
Vergleich zu den Zeiträumen, seit denen die Wälder
nicht mehr wirtschaftlich genutzt werden. Die
14 C-Signatur ermöglicht eine detaillierte Analyse
der Veränderungen durch Totholz. Mit diesem
Ansatz soll die Funktion des Totholzes für die Kohlenstoffspeicherung
in Waldböden untersucht werden
und die Frage beantwortet werden, wie viel
Kohlenstoff sich durch Totholz im Wald anreichert.
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Info
Das Projekt KLIP 23 wird am Lehrstuhl für
Bodenökologie durch Inken Krüger, Helga
Hertel-Kolb, Uwe Hell und Werner Borken in
Kooperation mit Christoph Schulz von der
Bayerischen Landesanstalt für Wald und
Forstwirtschaft (LWF) in Freising bearbeitet.
Das Projekt läuft von Oktober 2009 bis September
2012 und wird im Rahmen des Klimaprogrammes
2020 vom Bayerischen Staatsministerium
für Ernährung, Landwirtschaft und
Forsten finanziert.
• www.bayceer.uni-bayreuth.de/bod