Der Waldboden im Pf

ISBN 3-902290-02-1
Der Waldboden im Pfändergebiet - Zustand und Stoffdynamik
Der Waldboden im Pfändergebiet
Zustand und Stoffdynamik
Schriftenreihe Lebensraum Vorarlberg, Band 55

Der Waldboden im Pfändergebiet
Zustand und Stoffdynamik
Gesamtbearbeitung:
Abteilung Gewässergüte
Funktionsbereich Bodenschutz
Josef Scherer
Unter Mitarbeit von:
Peter Singer
Sylvia Lutz
Richard Werner
Dietmar Buhmann

II
Impressum
Herausgeber und Medieninhaber:
Amt der Vorarlberger Landesregierung
Umweltinstitut des Landes Vorarlberg
Montfortstraße 4
A-6901 Bregenz
Tel. 05574/511-42027
Satz/Repro: Atelier Schuster/Haselwanter, Lustenau
Druck: Höfle Druck, Dornbirn
Bregenz, September 2003
ISBN 3-902290-02-1
Vorwort
Rund 34 % der Vorarlberger Landesfläche ist bewaldet. Der Wald besitzt daher in unserem
Lande sehr hohe ökologische und volkswirtschaftliche Bedeutung, Schutz- und Bannwälder
sichern darüber hinaus in hohem Maße den Lebensraum in unseren Gebirgstälern. Dieser
enormen Bedeutung bewusst, fördert und initiiert die Vorarlberger Landesregierung seit über
20 Jahren die verschiedensten Aktivitäten im Bereich der Waldforschung. Die Erkundung der
komplexen Prozesse im Waldboden bildete zu Beginn der 90er Jahre einen wesentlichen
Schwerpunkt. Der damaligen Erkenntnis folgend, dass die verschiedensten Stoffeinträge das
Nährstoffgefüge und die chemische Zusammensetzung der Waldböden nachhaltig verändern,
wurde an der besonders exponierten Westflanke des Pfänderstocks eine Bodendauerbeobachtung
eingerichtet.
Nicht nur Forschen und Beobachten sondern auch Handeln war die Devise der vergangenen
Jahrzehnte. Auf Grund des mancher Orts schlechten Waldzustands und kritischer
Belastungen des Waldbodens wurden verschiedenste Maßnahmen zur Stabilisierung und
Verbesserung des Waldzustands in Gang gesetzt. Zu erwähnen sind die vielfältigen
Bemühungen im Bereich der Luftreinhaltung, die Förderung der naturnahen Waldbewirtschaftung
sowie umfassende Pflegemaßnahmen im Bereich der Schutzwälder.
Mit der vorliegenden Arbeit wird der Nachweis erbracht, dass durch die bisherigen
Bemühungen positive Umwelteffekte erzielt wurden. Es kommt aber auch zum Ausdruck,
dass das bisher Erreichte für eine nachhaltige Sicherung eines gesunden Waldbestands, jedenfalls
in exponierten Lagen, noch nicht ausreicht. Zu hoch sind noch die Einwirkungen von
Luftschadstoffen, die heute zum überwiegenden Teil aus dem motorisierten Personen- und
Güterverkehr stammen. Problematisch sind vor allem die erhöhten Stickstoffeinträge in die
Waldökosysteme, die zu Nährstoffungleichgewichten und Versauerungstendenzen im
Waldboden führen. Es muss daher weiterhin unser vorrangiges Bemühen sein, das Tun und
Handeln bestmöglich nach der Empfindsamkeit sensiblerer Ökosysteme auszurichten.
Umweltlandesrat
Ing Erich Schwärzler
III

IV
Inhalt
Zusammenfassung 1
1. Einleitung und Problemstellung 2
2. Das Projektgebiet 3
3.Versuchsanordnung 4
3.1. Das Höhenprofil 4
3.2. Die Dauerbeobachtungsfläche und die Flächen des Höhenprofils 4
3.2.1. Die Boden-Probenahme und Bodenprofilbeschreibung 4
3.2.2. Zur Untersuchung der Sickerwässer 5
3.2.3. Zur Erfassung der Stoffeinträge 5
4. Untersuchungsergebnisse 6
4.1. Bodenzustand 6
4.1.1. Standortbeschreibung und Bodenprofile 6
4.1.2. Chemisch-physikalischer Bodenzustand 9
4.1.3. Schwermetallbelastung 12
4.2. Stoffdynamik 16
4.2.1. Stoffeinträge über den Niederschlag 16
4.2.2. Zustand des Bodenwassers 18
4.2.3. Stoffausträge und Auswaschungen 20
4.2.4. Stoffbilanzierung 21
5. Schlussfolgerungen aus Umweltsicht 22
6. Literatur 24
16 Abbildungen
7 Tabellen

Zusammenfassung
Mit dem vorliegenden Projekt wurde in Vorarlberg am Westhang des Pfänderstockes, der
unmittelbar am Ostufer des Bodensees anschließt, die erste Bodendauerbeobachtungsfläche
(im folgenden: BDF) unter Wald eingerichtet. Neben Bodenuntersuchungen an sechs Standorten
eines Höhenprofils wurden im Bereich der eigentlichen BDF auch über längere
Zeiträume Messungen an Niederschlägen (Bestand und Freiland) und Boden-Sickerwässern
vorgenommen. Die Projektdauer erstreckte sich insgesamt über den Zeitraum vom Herbst
1994 bis zum Jänner 2000.
Die durchgeführten Messungen bestätigen, dass in Staulagen wie der westexponierten Flanke
des Pfänderhanges mit hohen Niederschlagsraten auch hohe Einträge der Stickstoffverbindungen
Nitrat und Ammonium und anderer versauernd wirkender Komponenten wie Sulfat
stattfinden. Im Boden führen vor allem die Stickstoff-Verbindungen durch chemische
Vorgänge und Austauschprozesse zu Säurebildung. Dies fördert durch Austauschreaktionen
im Boden den Verlust von basischen Kationen wie Calzium und Magnesium. Diese Elemente
sind für eine ausgeglichene Nährstoffversorgung des Bestandes von essentieller Bedeutung.
Darüberhinaus sind basische Kationen für eine stabile Bodenstruktur in hohem Maße mitbestimmend.
Die Austräge an basischen Kationen im Projektsgebiet, vor allem Calzium, sind
wesentlich höher als die Einträge über Niederschlag.
Nährstoff-Ungleichgewichte sowie Veränderungen biologischer und physikalischer
Parameter durch die unter sauren Milieubedingungen ablaufende Mobilisierung von
Aluminium, Eisen und Mangan zeigen, dass die Stabilität und Funktionsfähigkeit des
Waldbodens im Untersuchungsgebiet belastet ist. Ein Fortschreiten der Degradationserscheinungen
im Bodenbereich kann sich mittel- und langfristig speziell bei ungünstigen
Witterungsverhältnissen in einer Verminderung der Bestandesvitalität, wohl aber auch in verstärkten
lokalen Verlusten des Bodens durch Erosion bemerkbar machen.
1

2
1. Einleitung und Problemstellung
Seit den frühen 80er Jahren wurden zunächst bei Nadel-, später auch bei Laubbäumen vermehrt
Forstschäden augenfällig, die von den Fachleuten auf Umwelteinwirkungen zurückgeführt
wurden. Zunächst war es der „saure Regen“, der als Hauptauslöser für Schadenssymptome
galt. Mit der einsetzenden Forschung wurde jedoch schnell klar, dass die Schäden in
der Regel nur durch komplexes Zusammenwirken verschiedenster Faktoren zu erklären
waren. Forschungsansätze mussten daher nach ökosystemaren, längerfristigen Kriterien ausgerichtet
werden. Nur so konnten mannigfache Ursache-Wirkungs-Beziehungen entschlüsselt
werden.
In diesem Zusammenhang wurde die Einrichtung von Dauerbeobachtungsflächen für ein internationales
Monitoring diskutiert, an denen die Entwicklung der Waldböden unter den örtlich
gegebenen Umwelteinwirkungen beobachtet werden sollte.
Schon in den achtziger Jahren wurden in Vorarlberg landesweite Untersuchungen über den
Waldzustand und die Bodenbeschaffenheit durchgeführt [1, 2]. Aus einer landesweiten Bodenzustandserhebung,
die im Jahr 1986 durchgeführt wurde, ergaben sich in verschiedenen
Bereichen des Landes wie etwa im Bereich des Pfänderstockes problematische Verhältnisse
im Hinblick auf den Waldzustand und die fortgeschrittene Bodenversauerung.
Diese Erkenntnisse flossen in das Vorarlberger Bodenschutzkonzept ein [3]. Dem entsprechend
wurde die erste BDF am WNW exponierten Pfänderhang eingerichtet, wo eine ausgeprägte
Staulagensituation für Witterungseinflüsse vorherrscht. Neben der Erfassung des Bodenzustandes
war hier auch die Erfassung der im Boden ablaufenden Stoffdynamik über
mehrere Jahre vorgesehen. Daneben sollte die Frage einer eventuellen Abhängigkeit der
Bodenbelastung von der Höhenlage geprüft werden. Zur Erfassung der Stoffflüsse sollten
auch Untersuchungen hinsichtlich der Stoffeinträge über Niederschläge durchgeführt werden.
2. Das Projektgebiet
Der Pfänderstock gehört zur Gänze der Vorlandmolasse an, die aus Schichten von Mergeln,
Sandsteinen und Nagelfluh-Konglomeraten besteht. Diese wurden vor ca. 35 – 10 Mio. Jahren
phasenweise im Meer (Meeresmolasse) und auf Verlandungsebenen (Süßwassermolasse) abgelagert.
Die Molasse wurde nur randlich noch in die Alpenfaltung miteinbezogen (subalpine, in Vorarlberg
auch „granitische“ Molasse), der Pfänderstock selbst wurde gerade noch leicht angehoben,
so dass die Schichten mit ca. 10 ° nach N bis NW fallen. Der Pfänderstock erstreckt
sich von 450 m Seehöhe bis auf über 1000 m. Auf Terrassen und leicht geneigten Flächen hinterließ
die letzte Eiszeit (Würm) Rand- und Grundmoränen. Am steilen Westabhang sorgten
die teilweise über große Strecken durchgehenden Nagelfluh-Bänke durch die Auskolkung der
weichen Unterlage (Mergel, Sandstein) für mehr oder weniger periodische Bergstürze und
entsprechenden Hangschutt. Unter diesen geologischen Voraussetzungen entwickelten sich
in Steillagen vorwiegend Hangbraunerden, die bei höheren Ton- und Schluffgehalten meist
Staunässe-Erscheinungen (=Vergleyungen) aufweisen. Auf flacherem Gelände treten auch
Braunerden, Braunerde-Pseudogleye, Podsole und örtlich subhydrische Torf-Böden in
Hoch- und Niedermooren auf.
Das Klima am Pfänderhang weist eine Jahresmitteltemperatur im unteren Profilbereich von
7,2 °C und im Gipfelbereich von 5,9 °C auf. Die jährliche Niederschlagsmenge liegt in der
Gipfelzone bei 2100 bis 2300 mm und am Hangfuß bei rund 1800 mm (bezogen auf die
Referenzperiode 1961 bis 1990).
Auf den ursprünglich basenreichen Böden entwickelten sich vor allem Fichten-Tannen-
Buchen-Bestände mit häufigem Auftreten von Eibe, örtlich reine Fichten-Tannen-Bestände,
in Tobeln auch Ahorn-Eschenbestände sowie seltener Kiefernwälder an stark ausgesetzten
Standorten. Die meist tiefgründigen Braunerden und Braunerde-Pseudogleye, aber auch die
vorwiegend auf Grundmoräne vorkommenden Podsol-Böden ließen sehr hochwüchsige,
mächtige Einzelbäume wachsen.
Abbildung 1: Der Pfänderrücken mit Blick Richtung Süden
3

4
3.Versuchsanordnung
3.1. Das Höhenprofil
Im Herbst 1993 wurden entlang des Pfänderhanges im Abstand von ca. 100 Höhenmetern sechs
Standorte ausgesucht, an denen in den zwei Folgejahren Profilaufnahmen und Bodenuntersuchungen
durchgeführt wurden. Die Lage der ausgewählten Standorte ist der Karte in Abbildung 2
zu entnehmen. Der niedrigst gelegene Standort 1 wurde als eigentliche Dauerbeobachtungsfläche
eingerichtet, da die Fläche am ehesten die geforderten Kriterien erfüllt [4, 5, 6]. Im Bereich dieser
BDF wurden zusätzlich Niederschlagssammler und Sickerwasser-Saugkerzen installiert.
Abbildung 2: Lage der Höhenprofil-Standorte am westexponierten Pfänderhang
3.2. Die Dauerbeobachtungsfläche und die Flächen des Höhenprofils
3.2.1. Bodenprobenahme und Bodenprofilbeschreibung
Die Bodenprobenahme erfolgte rasterförmig mit einem quadratischen Rasterabstand der
Punkte von 4 m. Nur bei der Dauerbeobachtungsfläche 1 wurde eine Fläche von 28 m
Seitenlänge ausgepflockt, alle übrigen Standorte waren so inhomogen, dass die
Beprobungsfläche nicht so groß abgesteckt werden konnte.
Folgende Tiefenstufen wurden beprobt: 0–5, 5–10, 10–20, 20–40, 40–60, 60–100 cm. Auch der
Auflagehumus wurde in seinen verschiedenen Zersetzungsstadien O l (Streu, kaum zersetzter
Bestandesabfall), O f (Grobmoder, tw. zersetzter, aber noch strukturell erkennbarer Bestandesabfall)
und O h (Feinmoder, weitgehend zersetzter, feinsubstanzreicher Bestandesabfall)
beprobt und analysiert.
Ca. 10 m außerhalb der Fläche des Standorts 1 wurde eine Profilgrube ausgehoben, die nach
bodengenetischen Kriterien aufgenommen wurde. An den restlichen Standorten wurde eine
Bodenansprache anhand der Beprobungseinstiche durchgeführt.
3.2.2. Untersuchung der Sickerwässer
Um Verlagerungsvorgänge im und Auswaschungen aus dem Boden feststellen zu können,
wurde am Standort 1 eine Saugkerzenanlage installiert, mit der von Ende 1994 bis Jänner 2000
aus drei Tiefenstufen (30, 60 und 90 cm) Sickerwasser gewonnen wurde (Abbildung 3).
Abbildung 3: Schematische Darstellung der installierten Saugkerzenanlage
Dabei wurden jeweils drei Saugkerzen je Tiefenstufe eingebaut. Die drei Saugstränge jeder
Tiefenstufe wurden zu einem gemeinsamen Sammelgefäß geführt, an dem ein Unterdruck von
ca. 0,6 bar angelegt wurde, um möglichst nur das freie Bodenporenwasser abzuziehen. Die
Beprobung und Analyse der Wasserproben erfolgte vierzehntägig.
3.2.3. Erfassung der Stoffeinträge
Für die Sammlung des Bestandes-Niederschlages wurden im Bereich des Standortes 1 im
Abstand von ca. 10 m drei Niederschlagssammler installiert. Der Aufbau der Niederschlagssammler
ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Niederschlagsproben aus den drei Sammlern wurden
zu einer Mischprobe vereinigt und von Herbst 1998 bis Dezember 2000 gleichzeitig mit
den Sickerwässern analysiert. Für die Untersuchung des Freiland-Niederschlages wurde
außerhalb des Waldbestandes ein zusätzlicher Niederschlagssammler aufgestellt.
Abbildung 4: Schematische Darstellung der Niederschlagssammler
5

6
4. Untersuchungsergebnisse
4.1. Bodenzustand
4.1.1. Standortbeschreibung und Bodenprofile
Die eigentliche BDF ist der Standort 1 des Höhenprofils. Diese Fläche liegt auf ca. 480 m
Seehöhe. Es handelt sich um einen einigermaßen ebenflächigen, mit ca. 10° nach W geneigten
Hang, auf dem sich aus dem Molasse-Hangschutt bestehend aus Nagelfluh, Sandsteinen und
Mergeln ein tiefgründiger Braunerde-Pseudogley mit teilweisem Grobskelett ausgebildet hat.
Auf dieser Fläche stockt ein Fichten-Tannen-Bestand. Nur entlang eines den Hang mehrfach
querenden Forstweges wachsen einzelne Sträucher (Hasel, Hartriegel, Holunder, Pfaffenhütchen
usw.). Krautiger Unterwuchs ist nur sehr spärlich vorhanden.
Abbildung 5: Profilgrube am Standort 1 mit Darstellung des Bodenaufbaus (Braunerde-Pseudogley)
Die Standorte des Höhenprofils werden hinsichtlich Lage und Bestandessituation in der
Tabelle 1 und hinsichtlich des Bodenaufbaus in Tabelle 2 kurz beschrieben.
Seehöhe [m]
Exposition
Baumbestand
Strauchschicht
(Hasel, Hartriegel,
Holunder, etc.)
Krautschicht
angrenzendes
Umland
Bodentyp
Organischer
Auflagehorizont
A-Horizont
B-Horizont
B/C-Horizont
C-Horizont
Standort 1
480
stark geneigt,
W
Fichte-Tanne
vereinzelt
entlang des
Forstweges
kaum
vorhanden
Forst,
straßenfern
Standort 2
590
steil SW bis
flach W
Buche-Fichte-
Tanne-Esche-
Erle
randlich am
Waldrand
im flacheren
Bereich dicht
bewachsen
Weidegrünland
Standort 3
700
leicht geneigte
Verebnung,
NNW
Fichte-Tanne
mit einzelnen
Laubbäumen
vereinzelt
starker
Graswuchs
Forst, Häusernähe
Standort 4
800
Verebnung in
Straßenkehre,
flach NNW
Fichte-Tanne-
Buche
die eig. freie
Fläche ist umgeben
von
Sträuchern
kaum
vorhanden
Pfänderstraße
Tabelle 1: Lage und Bestandessituation der einzelnen Höhenprofilstandorte
Standort 1
tiefgründiger
Braunerde-
Pseudogley
gering, kaum
zersetzte
Nadelstreu
gering
relativ mächtig, gering,
mit Rostflecken stellenweise
Gerölle
mächtig, in 60-
100 cm
kompakt, lehmiger
Schluff,
angewitterter
Hangschutt
Standort 2
flachgründige
Braunerde
tw. starke Anhäufung
von
Laubstreu
gering im steilen,
rel. mächtig
im flachen
Bereich
bereits in 30-
40 cm
Hangschutt,
tw. alluviale
Schüttung
Standort 3
tiefgründige
Braunerde
Tabelle 2: Bodenaufbau der einzelnen Höhenprofilstandorte
kaum vorhan- tw. starke Anden
bei starkem häufung von
Graswuchs Laubstreu
relativ mächtig
relativ gering
ab 50-80 cm,
mit Rostflecken
Standort 4
tiefgründiger
Braunerde-
Pseudogley
variabel
mächtig, mit
zunehmender
Tiefe Skelettanteil
und Lagerungdichte
zunehmend
Standort 5
890
stark geneigt,
NW
Fichte,nur
randlich einzelne
Laubhölzer
kaum im
Bereich der
Probenahmefläche
kaum vorhanden
Forst
Standort 5
tiefgründiger
Braunerde-
Pseudogley
gering, kaum
zersetzte Nadelstreu
relativ mächtig
im Übergang
zu A stark mit
Steinen durchsetzt
Skelettanteile möglicherweise kompakt, leh-
häufig, über von Straßenmiger Schluff,
gesamtes Profil bau beeinflusst angewitterter
Hangschutt
Standort 6
980
leicht geneigt,
WNW
Fichte-Föhre
zunehmende
Verbuschung
von der Straße
her
flächenhaft
Moose und
Heidelbeere
nahe der
Pfänderstraße
Standort 6
tiefgründiger
Braunerde-
Pseudogley
stark von Moos
durchwachsen
schwach ausgeprägt
mächtig, in
unterschiedlichen
Tiefen
grobe Skelettanteile
bläulich-grauer,
lehmiger Ton
7

8
8
In der folgenden Abbildung 6 sind die einzelnen Bodenprofile schematisch dargestellt. Es
handelt sich durchwegs um Braunerden, bei denen unterschiedlich stark auch Vernässungserscheinungen
an kompakteren lehmig-tonigen Schichten auftreten, die die ergänzende Bezeichnung
„Pseudogley“ örtlich rechtfertigen. Die Böden sind mit Ausnahme von Standort 2
relativ tiefgründig. Am Standort 2 beginnt der C-Horizont bereits bei 40 cm Bodentiefe. Der
Standort 3 ist gekennzeichnet durch einen mächtigen B/C-Übergangshorizont. Die höher gelegenen
Standorte 4, 5 und 6 weisen in verschiedenen Tiefenstufen unterschiedlich hohe
Skelettanteile auf.
Standort 1
520 m Seehöhe
Legende
Standort 2
590 m Seehöhe
A-Horizont
Bh-Horizont
Bv-Horizont
B/C Horizont
C-Horizont
Standort 3
700 m Seehöhe
Standort 4
800 m Seehöhe
Standort 5
890 m Seehöhe
Standort 6
980 m Seehöhe
Abbildung 6: Schematische Darstellung der einzelnen Bodenprofile an den Standorten des Höhenprofils
8
4.1.2. Chemisch-physikalischer Bodenzustand
Böden sind durch den Nährstoffentzug der Vegetation einer natürlichen Versauerung ausgesetzt.
Diese wird allerdings in einem stabilen Ökosystem durch die Mineralisierung organischer
Substanz aus dem Kreislauf, durch Verwitterung der bodenbildenden Substrate sowie
durch Baseneinträge über den Luftpfad kompensiert. Dadurch können auch Auswaschungsverluste
weitestgehend ersetzt werden.
Wird der Kreislauf durch erhöhte Einträge potentieller Säurebildner gestört, kann dies zu verstärkter
Bodenversauerung führen. Speziell der Eintrag von Nitrat, Ammonium und Sulfat
trägt zur Bodenversauerung bei. Diese Vorgänge im Boden sind sehr komplex und im Detail
von einer großen Anzahl von Einflussfaktoren abhängig. Die Abbildung 7 versucht, die ablaufenden
Prozesse anhand des Stickstoff-Haushaltes anschaulich darzustellen. Ähnliche
Vorgänge laufen auch im Schwefel- und Phosphor-Kreislauf ab.
Abbildung 7: Prozesse im Stickstoff-Haushalt eines Ökosystems. Nach Ulrich[18]
Bodenversauerung führt zu einer gewissen Mobilisierung von Aluminium, das unter bestimmten
Bedingungen Schädigungen der Pflanzenwurzeln und in der Folge Nährstoff- und
Wassermangel bewirken kann. Darüber hinaus wird die Bodenstruktur nachhaltig verändert,
da Aluminium vorwiegend aus dem Zerfall von Tonmineralien stammt. Folge davon sind
Verlust der Aggregatstabilität und Verdichtungserscheinungen, die im Bereich der A/B-
Horizonte der Standorte zumindest in Ansätzen zu beobachten sind.
Die Bodensäureverhältnisse der Standorte am Pfänder werden in Abbildung 8 dargestellt.
9

10
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
pH-Werte
0 1
2 3 4 5 6 7 8
Auflagehumus Mineralboden
10 5
-5
0
100
pH-Werte am Standort 1
0 1 2 3 4 5 6
Während die Streuauflagen nur geringe Unterschiede im pH-Wert aufweisen, unterscheiden
sich die Mineralböden der einzelnen Standorte deutlich. Am Standort 1 sind die Bodensäureverhältnisse
als kritisch zu bezeichnen. Der pH-Wert(CaCl2) liegt an diesem Standort in den
einzelnen Tiefenstufen des Mineralbodens zwischen 2,9 (Eisenpufferbereich) und 3,8. Das
bedeutet, dass die Säure-Pufferung fast ausschließlich über den Austausch von Aluminiumund
Eisen-Ionen erfolgt. Nach theoretischen Überlegungen ist ein gewisser Einfluss pflanzenschädigender
Aluminium-Ionen in der Bodenlösung nicht auszuschließen. Auch der
Standort 6 muss als sauer bezeichnet werden (pH 3,0 – 4,7). Die Standorte 2, 3 und 5 liegen
im Bereich von pH 5. Auffallend ist der hohe pH-Wert am Standort 4 (pH 7). Der Trend der
Oberbodenversauerung, wie es für den Standort 1 dargestellt ist, ist für alle Standorte charakteristisch.
Im Hinblick auf die Versorgung mit den Hauptnährstoffen ist festzustellen, dass heute der für
die Systemstabilität kritischste Faktor wohl der Stickstoff ist, der massiv über den Luftpfad
eingetragen wird (Siehe Kapitel 4.2.1.).
Die Gehalte an pflanzenverfügbarem Phosphor schwanken im Bodenprofil aller Standorte
relativ stark (Abbildung 9).
20
40
60
Profiltiefe (cm)
Abbildung 8: pH-Werte im Auflagehumus und Mineralboden an den Standorten des Höhenprofils (links) und
pH-Werte in den einzelnen Tiefenstufen des Standortes 1 (rechts)
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Pflanzenverfügbarer Phosphor [mg/100g]
0 20
40 60 80 100 120 140
Auflagehumus Mineralboden
Abbildung 9: Pflanzenverfügbare Phosphorgehalte im Auflagehumus und im Mineralboden der einzelnen
Standorte des Höhenprofils
Die pflanzenverfügbaren Anteile des Phosphors im Mineralboden liegen zwar generell auf einem
sehr niedrigen Niveau, erreichen jedoch gerade an den Standorten 1 und 2 Werte, die sogar in der
Landwirtschaft als ausreichend gelten. Der hohe Wert am Standort 2 kann eventuell durch die unmittelbare
Nachbarschaft einer mäßig intensiv genutzten landwirtschaftlichen Grünfläche erklärt werden.
Auffallend sind die wesentlich höheren Gehalte an pflanzenverfügbaren Anteilen im
Auflagehumus aller Standorte, die bis zum 30-fachen der Gehalte des Mineralbodens betragen. Die
Hauptphosphorversorgung erfolgt somit ganz klar aus dem Stoffumsatz an der Bodenoberfläche.
Beim pflanzenverfügbaren Kalium sind die Schwankungen deutlich geringer (Abbildung 10).
Die Kaliumgehalte an den Standorten liegen nach landwirtschaftlichen Bewertungsansätzen
im niedrigen Bereich. Im Vergleich mit den Daten der Bodenzustandserhebung 1986 liegen die
Werte deutlich niedriger als an Waldstandorten in den anderen geologischen Großeinheiten des
Landes.
Pflanzenverfügbares Kalium [mg/100g]
0 10
20 30 40 50 60 70 80
Auflagehumus Mineralboden
Abbildung 10: Pflanzenverfügbares Kalium im Auflagehumus und im Mineralboden der einzelnen Standorte
des Höhenprofils
11

12
4.1.3. Schwermetallbelastung
Schwermetalle kommen außerhalb von Erzlagerstätten und anderen Mineralanreicherungen
in der Natur (Gesteine, Böden, Wasser, Pflanzen) meist nur in sehr geringen Konzentrationen
vor. Einige Schwermetalle sind als sog. Spuren- oder Mikronährstoffe für den Stoffwechsel
von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren essentiell. Andererseits können Schwermetalle,
in Form von Staubteilchen, aber auch in Form von löslichen Salzen bereits in sehr geringen
Konzentrationen toxisch wirken. Sie werden großräumig über die Niederschläge eingetragen.
Schwermetalle sind in der Natur nicht abbaubar, sie können sich über lange Zeiträume in großen
Mengen akkumulieren.
Während die Elementgehalte im Mineralboden die Veränderungen in der Bodendecke im
Verlauf der Pedogenese (Entwicklung der Böden) widerspiegeln, sind die Elementgehalte in
der Humusauflage im wesentlichen das Ergebnis des jüngsten Abschnittes der
Bodengeschichte und somit ein Indiz für allfällige Umweltbelastungen. Aufgrund dessen wird
bei der Darstellung der Schwermetalle wie bereits bei den pflanzenverfügbaren Nährstoffen
auf den Untersuchungsflächen des Pfänders eine Unterscheidung in Auflagehumus und
Mineralboden getroffen.
Die Tabelle 3 gibt einen Überblick über übliche Gehalte an Mikronährstoffen und Schwermetallen
in Böden der gemäßigten humiden Breiten [7]. Weiters sind die Grenzwerte für die
Schwermetalle nach der Vorarlberger Klärschlammverordnung 1997 dargestellt, die jedoch
nur für landwirtschaftlich genutzte Flächen gelten [8].
Element Übliche Gehalte [mg/kg TM] in Böden des Grenzwerte [mg/kg TM] laut Vorarlberger
gemäßigten Klimas [7] Klärschlammverordnung 1997 [8]
Blei 2 – 60 100
Cadmium < 0,5 2
Chrom 5 – 100 100
Kupfer 2 – 40 100
Nickel 5 – 50 60
Zink 10 – 80 300
Eisen 2000 – 50000
Mangan 40 – 1000
Tabelle 3: Elementgehalte in unbelasteten Böden und Schwermetall-Grenzwerte nach der Vorarlberger
Klärschlammverordnung 1997
Die Tabellen 4 und 5 stellen die Mittelwerte sowie die Minimal- und Maximalkonzentrationen
der Schwermetallgehalte an den Pfänderstandorten dar. Verglichen mit den allgemeinen
Bodenkennwerten der vorigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Mineralbodenhorizonte der
Pfänderstandorte bei allen Elementen im normalen Schwankungsbereich der Böden des gemäßigten
Klimas liegen.
Elementgehalte
im Auflagehumus
[mg/kg]
Blei
Cadmium
Chrom
Kupfer
Nickel
Zink
Eisen
Mangan
Standort 1 Standort 2 Standort 3 Standort 4 Standort 5 Standort 6
n=3 n=3 n=2 n=2 n=2 n=3
MW min max MW min max MW min max MW min max MW min max MW min max
73,9 52,7 94,2 29,7 10,3 45,3 58,3 45,9 70,8 34,8 30,9 38,6 96,0 46,7 127,4 111,7 70,1 154,9
0,28 0,18 0,38 0,30 0,27 0,33 0,26 0,23 0,28 0,46 0,32 0,60 0,37 0,13 0,72 0,40 0,24 0,61
9,8 9,5 17,9 7,7 8,0 24,3 8,9 6,7 12,9 9,2 < 5 10,4 12,7 < 5 15,6 16,15 < 5 16,2
10,3 9,6 10,7 14,6 13,4 15,8 10,9 10,3 11,5 10,3 9,3 11,3 11,1 9,7 13,3 12,9 10,6 14,2
9,8 9,0 10,7 12,0 6,7 17,2 8,6 7,5 9,6 6,8 < 5 8,5 8 5,5 12,1 8,4 5,3 10,9
37,3 32,1 47,3 55,4 48,3 62,4 62,7 52,5 72,8 72,3 71,4 73,2 71,5 60,0 87,4 83,87 69,0 105,0
3846 1767 6309 9615 6772 12458 5239 3186 7292 3613 759 6466 4846 1432 9941 4715 1141 9560
895 420 1640 782 708 856 979 659 1299 440 309 571 964 479 1670 1480 490 2067
Tabelle 4: Mittelwerte, Minimal- und Maximalkonzentrationen der Schwermetalle im Auflagehumus der
Standorte des Höhenprofils
Elementgehalte
im Auflagehumus
[mg/kg]
Blei
Cadmium
Chrom
Kupfer
Nickel
Zink
Eisen
Mangan
Standort 1 Standort 2 Standort 3 Standort 4 Standort 5 Standort 6
n=6 n=6 n=24 n=6 n=6 n=6
MW min max MW min max MW min max MW min max MW min max MW min max
20,0 12,4 37,4 23,2 12,3 36,7 20,1 9,7 47,0 23,8 13,0 45,5 21,8 9,9 41,9 21,3 9,2 43,5
0,14 0,05 0,29 0,21 0,05 0,54 0,14 0,05 0,25 0,335 0,16 0,50 0,153 0,10 0,19 0,10 0,05 0,18
31,4 23,0 42,8 49,5 32,5 54,4 37,8 22,9 51,1 54,7 43,6 72,1 33,5 29,6 38,3 32,9 24,1 41,2
10,03 5,4 18,5 21,8 12,1 17,8 13,4 9,3 21,4 18,2 15,9 22,5 14,4 9,8 23,3 10,9 9,5 14,5
21,5 14,8 31,3 33,2 29,0 37,9 25,1 13,8 35,6 37,9 31,5 54,7 23,0 18,1 28,7 19,0 13,9 25,5
37,2 26,9 45,5 53,2 42,7 67,2 50,2 41,2 58,6 64,2 54,4 72,1 53,6 46,0 63,0 44,9 30,2 57,8
14535 9978 22136 18354 14670 21130 15988 11745 22031 19990 16908 22317 17460 14891 19976 15292 11968 20441
461 194 761 797 594 973 668 535 989 892 691 1006 654 535 765 391 197 650
Tabelle 5: Mittelwerte, Minimal- und Maximalkonzentrationen der Schwermetalle in den Mineralbodenhorizonten
der Standorte des Höhenprofils
13

14
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Die Abbildung 11 veranschaulicht in einer vergleichenden Darstellung die Schwermetallkonzentrationen
an den einzelnen Standorten. Die Eisen-, Nickel- und Chromgehalte, teilweise
auch die Kupfergehalte sind in den Mineralbodenhorizonten deutlich höher als im Auflagehumus.
Diese Tatsache ist ein Indiz dafür, dass die Gehalte an diesen Elementen in erster Linie
geogenen Ursprungs sind.
Auffallend hohe Gehalte an Blei, Cadmium und teilweise auch Zink sind im Auflagehumus
der Standorte 6, 5 und 4 zu finden. Am Standort 6 kommt es beim Blei sogar zu einer Überschreitung
des Grenzwertes lt. Klärschlammverordnung (LGBl. 75/97 bzw. 27/02) im
Auflagehumus. Diese Elemente werden über die Atmosphäre eingetragen, durch das
Kronendach verstärkt aufgefangen, bis sie sich schlussendlich im Bestandesabfall bzw. in der
Humusauflage akkumulieren. Auffallend ist, dass eine Bodenbelastung mit diesen überwiegend
verkehrsbedingten Schadstoffen nicht nur im Bereich von Straßenrändern, sondern diffus
über weite Strecken erfolgt, wobei die Schadstoffbelastung offensichtlich mit der Höhe
zunimmt. Der Grund dafür dürfte in den mit der Seehöhe stark zunehmenden Niederschlägen
zu suchen sein.
Bleigehalte
0 20 40 60 80 100 120
Kupfergehalte
0 5 10 15 20 25
Cadiumgehalte
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Zinkgehalte
0 20 40 60 80 100
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Standort 6
Standort 5
Standort 4
Standort 3
Standort 2
Standort 1
Nickelgehalte
0 10 20 30 40
Auflagehumus Mineralboden [ppm]
Chromgehalte
0 10 20 30 40 50 60
Eisengehalte
Mangangehalte
0 5000 10000 15000 20000 25000 0 500 1000 1500 2000
Abbildung 11: Schwermetallkonzentrationen an den einzelnen Standorten des Höhenprofils
15

16
4.2. Stoffdynamik
4.2.1. Stoffeinträge über den Niederschlag
Über das Niederschlagswasser, aber auch über trockene Deposition werden Nähr- und Schadstoffe
in Ökosysteme eingetragen. Die Niederschläge, in Form von Regen, Schnee, Nebelkondensation
oder Rauhreif treffen auf das Kronendach eines Waldökosystems. Ein Teil des
Wassers verdunstet, entweder durch die sog. Interzeption (Verdunstung des an den Pflanzen
oberflächlich haften gebliebenen Wassers) oder durch die sog. Evaporation (Verdunstung von
der Bodenoberfläche). Nur ein Teil der Freilandniederschläge gelangt somit als sog. Bestandesniederschlag
(Stammabfluß und Abfluss durch das Kronendach) auf den Boden. Im Boden
wird das Wasser je nach Bodenart mehr oder weniger stark gespeichert. Die Pflanzen nehmen
das Wasser auf und geben es über die Transpiration an die Atmosphäre ab. Ein Teil des Wassers
fließt oberflächlich ab oder es versickert ins Grundwasser.
In allen Stufen dieses Wasserkreislaufs finden Stoffaustauschvorgänge statt: Manche der im
Niederschlag gelösten Stoffe binden sich an Bodenpartikel, andere werden von den Pflanzen
aufgenommen und solche, für die nur schwache Bindungskräfte vorhanden sind, verbleiben
im Sickerwasser. Große Mengen an Ionen werden aus den Blättern der Bäume durch die Niederschläge
ausgewaschen und somit wieder dem Boden zugeführt. Aus dem Boden werden
durch Sickerwässer aber auch Stoffe ausgetragen, die dem Ökosystem nicht mehr zur Verfügung
stehen.
Anhand der vorliegenden Untersuchungen sowie aus Erkenntnissen nationaler und internationaler
Studien kann generell folgendes festgestellt werden:
- Speziell an exponierten Standorten werden beträchtliche Stoffmengen über die Niederschläge
in ein Ökosystem eingetragen.
- In Waldbeständen liegt der Eintrag deutlich höher als im Freilandniederschlag. Der
Gesamteintrag beträgt meist das 2- bis 5-fache des Freilandeintrags.
- Durch trockene Deposition und Filterwirkung des Bestandes können zusätzlich erhebliche
Mengen an Nähr- und Schadstoffen in Waldökosysteme eingetragen werden.
Während der Untersuchungsperiode von rund 16 Monaten, in der Niederschläge und Sickerwässer
an der Bodendauerbeobachtungsfläche parallel untersucht wurden, fielen im Untersuchungsgebiet
- interpoliert aus vier nahegelegenen Meßstationen des hydrografischen
Dienstes - ca. 2650 mm Freiland-Niederschlag. In dieser Periode wurden in drei Monaten
extrem hohe Niederschlagsmengen gemessen [10]. Umgelegt auf ein Jahr ergibt sich daraus
eine Niederschlagsmenge von ca. 2000 mm.a- 1 . Für den Bestandesniederschlag wurde – um
zumindest eine Größenordnung der Depositionen zu erhalten - eine durchschnittliche
Abnahme von 20 % (Interzeption und Evapotranspiration) in Rechnung gestellt.
Kalium [mg/m2]
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Pfänder Nieder- NH4-N NO3-N SO4 Na K Mg Ca Cl
schlagsmenge [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ]
[mm.a -1 )
Freilandniederschlag
Bestandesniederschlag
Vergleich Freiland-/Bestandesniederschlag 1998 - 2000
Kalium Natrium
Bestandes-NS Freiland-NS
ca. 2000 13,4 14,5 32,2 4,8 11,0 2,0 32,8 21,2
21,3 24,9 45,3 6,9 36,0 3,6 36,6 22,6
Tabelle 6: Depositionsraten durch Freiland- und Bestandesniederschlag im Untersuchungsgebiet des
Pfänders im Jahr 1998/99
Die Untersuchungsergebnisse in Tabelle 6 zeigen, dass im Untersuchungsgebiet erhebliche
Stickstoffeinträge stattfinden. Dies überrascht nicht, da schon im Rahmen einer
Literaturstudie für dieses Gebiet Ammoniak-Emissionen in der im Niederschlag gemessenen
Größenordnung errechnet wurden [16]. Auch Messwerte aus der angrenzenden Schweiz deuten
an, dass diese Werte durchaus realistisch sind [20].
Im Hinblick auf die Thematik „Saurer Regen“ ist festzustellen, dass während der Untersuchungsdauer
im Freilandniederschlag die pH-Werte zwischen 6 und 8 (gewichteter Mittelwert
6,5), im Bestand zwischen 5,2 und 7,5 (gewichteter Mittelwert 5,9) schwankten. Dies ist vergleichbar
mit aktuellen Messwerten einer ähnlich exponierten Messstation in Achenkirch,
Tirol [11], wo zu Beginn der achtziger Jahre noch durchschnittliche Werte um 4,8 gemessen
wurden [12]. Die Säureeinträge wurden offensichtlich deutlich reduziert. Sie sind heute nicht
mehr ausschlaggebend an der weiteren Versauerung des Bodens beteiligt. Vielmehr spielen
indirekte Einflüsse aus Bodenprozessen, wie sie oben bereits dargestellt wurden (Siehe Kap.
4.2.1.), eine wesentliche Rolle.
Die vorliegenden Untersuchungen bestätigen, dass die Konzentrationen aller betrachteten
Elemente im Bestandesniederschlag deutlich höher liegen als im Freilandniederschlag
(Abbildung 12). Stickstoff und Sulfat werden verstärkt durch die Bäume aus der Luft ausgefiltert
und gelangen mit dem Bestandesniederschlag auf den Boden. Die Elemente Natrium
und Kalium hingegen werden in erster Linie durch den Regen aus den Nadeln und Blättern
ausgewaschen (sog. Leaching).
Abbildung 12: Kalium- und Natriumgehalte im Freiland- und Bestandesniederschlag am Standort 1
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Natrium [mg/m2]
17

18
pH-Werte
9
8,5
8
7,5
7
6,5
6
4.2.2. Zustand des Bodenwassers
Die 5-jährige Messreihe über die Sickerwässer der Dauerbeobachtungsfläche am Pfänderhang
gibt detaillierte Auskunft über den Zustand des Bodenwassers.
Der Verlauf der pH-Werte (Abbildung 13) zeigt deutlich, dass im Boden Austauschvorgänge
stattfinden. Die Werte in den Sickerwässern aus 30 cm Bodentiefe sind deutlich niedriger als im
Bodenwasser aus 90 cm Bodentiefe. Der pH-Wert weist aufgrund der jahreszeitlichen
Schwankungen eine schwache Periodizität auf mit einem Maximum im Dezember.
Auffallend ist der deutlich höhere pH-Wert in den Sickerwässern im Vergleich zum Boden-pH-
Wert. In den Sickerwässern schwanken die pH-Werte zwischen 6,7 und 8,4, während die BodenpH-Werte
an der BDF (Standort 1) von 2,9 bis 3,8 reichen. Die Gründe dafür sind noch nicht
vollständig geklärt.
BDF Pfänder: pH-Werte im Sickerwasser
1995 1996 1997 1998 1999
30 cm Tiefe 60 cm Tiefe 90 cm Tiefe
Abbildung 13: pH-Werte in den Sickerwässern am Standort 1
Der Calziumgehalt in der Bodenlösung ist in 90 cm Tiefe meist doppelt so hoch wie in der
Bodenlösung von 30 cm Bodentiefe (Abbildung 14). Die Bodenlösung wird also verstärkt
durch Ca-Ionen gepuffert. Dies erklärt die meist höheren pH-Werte der Sickerwässer im Unterboden.
Magnesium verhält sich ähnlich wie Calzium, nur werden Magnesium-Ionen nicht
so leicht in tiefere Bodenhorizonte verfrachtet. Auch die Sulfat- und Natriumionen sind in 90
cm Bodentiefe tendenziell höher als in den oberen Bodenhorizonten. Anionen (zB Sulfat), die
mit dem Sickerwasser ausgetragen werden, reißen in der Regel auch Kationen (zB Calzium)
aus dem Boden mit, was zu weiterer Versauerung führt.
Calzium [mg/l]
Kalium [mg/l]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
100
10
1
0,1
0,01
BDF Pfänder: Calzium im Sickerwasser
1995 1996 1997 1998 1999
30 cm Tiefe 60 cm Tiefe 90 cm Tiefe
Abbildung 14: Calziumgehalte im Sickerwasser der Bodendauerbeobachtungsfläche
Kalium hingegen findet sich verstärkt im Oberboden. Die Kaliumgehalte im Sickerwasser
von 30 cm Bodentiefe liegen meist höher als in 60 und 90 cm Bodentiefe (Abbildung 15). Dies
kann zum einen durch die Auswaschung der K-Ionen aus den Nadeln und Blättern durch den
Niederschlag erklärt werden, zum anderen durch den Entzug aus der Bodenlösung infolge
des Einbaus in die Biomasse, die durch die hohen Stickstoffeinträge zunächst forciert wird.
BDF Pfänder: Kalium im Sickerwasser
0,001
1995 1996
Abbildung 14: Calciumgehalte im Sickerwasser der
1997 1998 1999
Bodendauerbeobachtungsfläche.
30 cm Tiefe 60 cm Tiefe 90 cm Tiefe
Abbildung 15: Kaliumgehalte im Sickerwasser des Standortes 1
19

20
Nitrat [mg/l]
160
140
120
100
80
60
40
20
Eine jahreszeitliche Periodizität ist bei den Elementen Calzium, Magnesium, Kalium,
Natrium, Chlorid und Sulfat nicht feststellbar.
Der Nitratgehalt ist im Sickerwasser von 60 cm Bodentiefe am höchsten, gefolgt von jener in
30 cm Bodentiefe (Abbildung 16). Nur noch in geringem Ausmaß ist Nitrat in 90 cm Bodentiefe
vorhanden. Der Großteil des Nitrats wird offenbar von den Pflanzen aufgenommen und
zur Produktion von Biomasse verwendet. Die Nährstoffaufnahme erfolgt in erster Linie in
den oberen Bodenbereichen. Dies erklärt, weshalb in den Sickerwässern aus tieferen
Bodenbereichen weniger Nitrat vorhanden ist. Aufgrund der klimatischen Gegebenheiten ist
eine deutliche Periodizität des Nitratgehaltes ersichtlich mit einem sommerlichen Maximum
und einem Minimum im Winter.
BDF Pfänder: Nitrat im Sickerwasser. Lineare Glättung über je fünf Werte
Abbildung 14: Calciumgehalte im Sickerwasser der
0
Bodendauerbeobachtungsfläche.
1995 1996 1997 1998 1999
30 cm Tiefe 60 cm Tiefe 90 cm Tiefe
Abbildung 16: Nitratgehalt im Sickerwasser des Standortes 1
4.2.3. Stoffausträge und Auswaschungen
In der Bodenlösung sind – wie schon oben erwähnt - tendenziell zwei unterschiedliche Situationen
zu erkennen. Es gibt offensichtlich Ionen, die mit zunehmender Tiefe in immer höheren Gehalten
in der Bodenlösung auftreten und somit zur Erhöhung des pH-Wertes und/oder der Elektrischen
Leitfähigkeit im Unterboden führen. Es handelt sich dabei vorwiegend um Calzium-, Magnesium-,
Natrium- und Sulfat-Ionen. Die Erhöhung der Gehalte mit zunehmender Tiefe bedeutet auch
einen entsprechenden Austrag der Ionen und somit einen gewissen Verlust an Puffer-Potential. Dies
ist auch deutlich aus den Ergebnissen der Bodenuntersuchungen abzulesen.
Dem gegenüber stehen Ionen, die mit zunehmender Tiefe in ihrer Konzentration abnehmen, wie
zB Nitrat oder Kalium. Das ist zum einen mit der Ausfilterung aus der Bodenlösung durch die aktiven
Wurzeln des Bestandes (Nitrat), zum anderen wohl auch mit der geringeren Mobilität (Kalium)
der Ionen zu begründen. Das an sich sehr mobile Nitrat nimmt auch vom Oberboden bis in 60 cm
Tiefe deutlich zu (Abbildung 16), wird dann aber offensichtlich durch die „Barriere“ der Bestandes-
Wurzeln einigermaßen effektiv zurückgehalten bzw. in die Biomasse eingebaut.
Es zeigt sich, daß die Nitratgehalte in allen Bodenschichten – klimatisch bedingt - stark variieren.
So schwanken die Jahresmaxima in 60 cm Tiefe sogar in einer geglätteten Kurve zwischen
ca. 45 und 70 mg/l, während die winterlichen Minima zwischen 15 und 30 mg/l pendeln.
In die Tiefe von 90 cm pausen sich allenfalls deutliche Jahresniveau-Schwankungen durch.
Steigen die Jahresmaxima über 50 mg/l, kann dies mehr oder weniger langfristig zu einer
Erhöhung der Nitratgehalte bis ca. 20 mg/l in der untersten Tiefenstufe führen. In solchen
Phasen müssen auch deutliche Nährstoffausträge in Quellen bzw. Oberflächengewässer angenommen
werden [13].
4.2.4.Versuch einer Stoffbilanzierung
Für eine exakte Stoffbilanzierung wäre eine quantitative Erfassung aller Wasserwege einschließlich
Verdunstung, Oberflächenabfluss und tatsächlicher Versickerung notwendig, um
die Konzentrationen der Niederschlags- und Sickerwässer in Frachten umrechnen zu können.
Im vorliegenden Fall wurden mit der gewählten Versuchsanordnung Inhalte des
Bodenwassers und der Niederschläge an Ort und Stelle bestimmt. Die Niederschlagsmengen,
die für die Ermittlung der Stofffrachten benötigt wurden, wurden aus den drei nächstliegenden
Niederschlagsmeßstationen interpoliert. Als durchschnittliche Versickerungsrate wurden
40 % des Niederschlagswassers angenommen. Für den Bestandesniederschlag wurden die
errechneten Frachten zusätzlich um 20 % Interzeptions- und Evapotranspirationsverluste
gesenkt. Entsprechend wurden die Austräge in den verschiedenen Tiefenstufen um 20 % reduziert,
wobei mit zunehmender Tiefe die Schätzung des Sickerwasserdurchflusses immer ungenauer
wird. Es ist anzunehmen, dass nicht alles Sickerwasser auch die Tiefe von 90 cm erreicht,
da ein Teil wohl oberflächennahe dem nächsten Vorfluter zufließt. Da die Gebietsabflüsse
nicht erhoben wurden, ist der Anteil nicht abschätzbar. Entsprechend sind die Werte der
Sickerwasserfrachten in dieser Tiefe allenfalls als Anhaltspunkte zulässig.
Bei Anwendung obiger Rechnung ergeben sich bei Aufsummierung der Frachten bezogen auf
ein Jahr die in der folgenden Tabelle (Tabelle 7) errechneten Stoffflüsse im Bodenprofil.
NO3-N NH4-N Sulfat
Chlorid
Calzium
Magnesium
Kalium
Natrium
Freiland- Bestandes- Austragungen Austragungen Austragungen
Immissionen Immissionen in 30 cm Tiefe in 60 cm Tiefe in 90 cm Tiefe
[kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ] [kg.ha -1 .a -1 ]
14,5 24,9 23,7 27,0 7,1
13,4 21,3 0,7 0,04 0,02
32,2 45,3 18,3 17,6 23,4
21,2 22,6 7,2 2,2 2,6
32,8 36,6 93,0 106,4 213,4
2,0 3,6 2,5 1,9 3,2
11,0 36,0 3,8 0,4 0,5
4,8 6,9 1,0 0,8 1,2
Tabelle 7: Errechnete Stofffrachten in den verschiedenen Profiltiefen und deren Eintrag über die
Niederschläge
21

22
Zum einen zeigt sich hier deutlich, daß mit dem Freiland-Niederschlag bedeutend geringere
Stoffmengen in den Boden gelangen als im Bestand, wo aus dem Kronendach beträchtliche
Mengen ausgewaschen werden. Diese stammen wohl teilweise aus der eigentlichen Biomasse,
aber auch aus trockenen, staubförmigen Immissionen und Aerosolen, die durch die hohe spezifische
Oberfläche des Bestandes auch in niederschlagsfreien Perioden aus der Luft ausgefiltert
werden.
Der Ammonium-Stickstoff wird offenbar sehr schnell von Pflanzen und Tonmineralen fixiert
oder von Mikroorganismen nitrifiziert, da auch im Oberboden keine nennenswerten Mengen
mobil sind. Bezüglich der Gesamt-Stickstoff-Einträge im Bestand ist zu erkennen, dass etwa
die Hälfte schon im Oberboden immobilisiert wird. Im Unterboden ist nur noch ein Bruchteil
der eingetragenen Mengen mobil. Die hohen Calziumgehalte in den Sickerwässern und deren
zunehmende Konzentration mit der Tiefe können als Erklärung für die neutralen bis leicht
basischen Sickerwässer dienen.
5. Schlussfolgerungen aus Umweltsicht
Aus Umweltsicht sind bei Waldböden vor allem die Themen Schadstoffakkumulierung,
Nährstoffverhältnisse und Bodenversauerung von besonderem Interesse.
Die vorliegenden Bodenuntersuchungen zeigen, dass gewisse Schwermetallbelastungen vorliegen.
Dies gilt in besonderem Maße für die Metalle Blei, Zink und Cadmium, die überwiegend
aus dem Straßenverkehr stammen und zum Teil über weite Strecken diffus verteilt werden.
Die Belastungen nehmen mit der Seehöhe tendenziell zu. Dies ist unter anderem auf die
ebenfalls mit der Höhe erheblich zunehmenden Niederschläge zurückzuführen.
Aus den Untersuchungen ist auch ersichtlich, daß die Böden eine deutliche Basenverarmung
aufweisen. Diese ist zu einem Teil bedingt durch die sauren Niederschläge früherer
Jahrzehnte. Aufgrund erfolgreich durchgeführter Luftreinhaltemaßnahmen tragen sie zur
weiterhin beobachtbaren Versauerung jedoch nur noch wenig bei. Zum größeren Teil wird die
aktuell fortschreitende Bodenversauerung durch Stickstoffeinträge bewirkt. Diese führen
über verschiedene biologische und chemische Einlagerungs- und Austauschprozesse zum
Austrag von basischen Kationen wie Calzium und Magnesium ins Grundwasser oder in
Oberflächengewässer. Im Gegenzug reichern sich im Boden die Protonen (H + ) an, die die saure
Bodenreaktion verursachen. Für die Schweiz wurden sogenannte „Critical Loads“ für
bewirtschaftete Wälder berechnet [20]. Das sind Werte, die angeben, ab wann das
Nährstoffangebot aus Immissionen zu Ernährungsstörungen für die Bestände führt. Diese
„Critical Loads“ liegen für bewirtschaftete Wälder je nach Bodeneigenschaften der Standorte
zwischen 10 und 35 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr. Sie wären also auch bei optimalen
Bodenbedingungen noch deutlich überschritten.
Bei den im Untersuchungsgebiet festgestellten Säureverhältnissen ist bei anhaltenden
Einträgen von Säurebildnern mit einer weiteren Reduzierung des durchwurzelbaren
Bodenraumes zu rechnen. Die Nährstoffaufnahme erfolgt damit zunehmend aus dem humo-
sen Oberboden und dem Auflagehumus, wo die Bedingungen für die biologische Zersetzung
des Bestandesabfalles und damit der Nährstoffnachlieferung noch gegeben sind [14]. Bei
Anhalten der beobachteten Tendenzen ist ohne deutliche Reduzierung der Stickstoffeinträge
darüberhinaus in Zukunft auch eine Erhöhung der Nitratausträge in Vorfluter, Quellen und
Grundwasser zu erwarten.
Die Basenverluste führen zu Störungen der Bodenstruktur bis hin zum Tonzerfall und in der
Folge zu Bodenverdichtungen. Diese Erscheinungen führen bei verstärkten Oberflächenabflüssen
zu Erosionserscheinungen und Bodenverlusten. Auch aufgrund einer Nährstoffanreicherung
im Oberboden besteht die Gefahr, dass die Waldbäume ihre Wurzeln verstärkt in die
oberen Bodenhorizonte verlagern und nicht in größere Tiefen vordringen. Dies kann die Anfälligkeit
gegen Windwurf verstärken und damit sekundär der Bodenerosion Vorschub leisten.
Eine Regenerierung der Böden aus sich selbst kann nur über längere Zeiträume erfolgen, wenn
die Basenverluste abnehmen bzw. wenn die säurebildenden Prozesse gebremst werden. Aus
der Forschung über die „neuartigen“ Waldschäden ist jedoch bekannt, dass nicht nur die
Säureproblematik und die daraus resultierende Bodendegradation, sondern in hohem Maße
noch andere Einflüsse wie Ozon als maßgebliche Faktoren berücksichtigt werden müssen.
Faktoren, die Waldschäden verursachen, sind von so hoher Komplexität, dass keine „lineare“
Beschreibung der Reaktion des Ökosystems auf Veränderungen im abiotischen Bereich möglich
ist. Mit hoher Wahrscheinlichkeit kann aber zumindest festgestellt werden, dass aufgrund
des klar ersichtlichen Stickstoffüberangebotes zunächst ein Wachstumsschub und eine Steigerung
der Umsatzrate eines Bestandes bewirkt wird. Neben der Problematik der Säureproduktion
im Boden kann dies über Ungleichgewichte im Nährstoffangebot zu einer nur schwer
aus dem System selbst korrigierbaren Schwächung der Bestände führen.
Für die Schweiz wurde ein Szenario errechnet, bei dem die Depositionen bis 2010 entsprechend
den Vorgaben des Göteborg-Protokolls 1 reduziert wurden. Das Ergebnis zeigt, dass
damit die „Critical Loads“ zwar noch nicht flächendeckend unterschritten, aber doch stark
angenähert werden. Nachhaltige Verbesserungen für die Waldbestände sind also erreichbar,
aber nur unter konsequenter Durchsetzung entsprechender Umweltmaßnahmen.
1 Internationale Vereinbarung im Rahmen der UNECE-Konvention CLRTAP (Konvention über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen) von
1999. Hier werden Reduktionsziele für alle Unterzeichnerstaaten für das Jahr 2010 und die Parameter SO2 , NOx (als NO2 ). NH3 und VOC festgelegt.
Unterzeichnerstaaten sind fast alle europäischen Staaten, sowie USA und Kanada. Das Göteborg-Protokoll wird in der EU durch die Richtlinie 2001/81/EG über
nationale Emissionshöchstgrenzen für bestimmte Luftschadstoffe umgesetzt. Nach der englischen Bezeichnung "national emission ceilings" ist sie auch als "NEC-
Richtlinie" bekannt.
23

24
6. Literatur
[1] AMT DER VORARLBERGER
LANDESREGIERUNG (1987):
Bodenzustandserhebung Vorarlberg 1986.
Lebensraum Vorarlberg, Band 2,
Bregenz 1987.
[2] AMT DER VORARLBERGER
LANDESREGIERUNG (1989):
Waldforschung in Vorarlberg. Lebensraum
Vorarlberg, Band 3, Bregenz 1989.
[3] AMT DER VORARLBERGER
LANDESREGIERUNG (1989):
Bodenschutzkonzept Vorarlberg.
Vorarlberger Verlagsanstalt, Dornbirn 1992.
[4] ARGE ALP/ARGE ALPEN-ADRIA
(1994): Bodendauerbeobachtungsflächen. –
Empfehlung einer abgestimmten
Vorgehensweise bei der Einrichtung von
Boden-Dauerbeobachtungsflächen.
Bayrisches Staatsministerium für
Landesentwicklung und Umweltfragen,
München 1994.
[5] BLUM, W.E.H et al. (1989):
Bodenzustandsinventur. – Konzeption,
Durchführung und Bewertung.
Empfehlungen zur Vereinheitlichung der
Vorgangsweise in Österreich.
Bundesministerium für Land- und
Forstwirtschaft, Wien 1989.
[6] BLUM, W.E.H. et al. (1996):
Bodendauerbeobachtung. – Empfehlung
für eine einheitliche Vorgangsweise in
Österreich. Bundesministerium für
Umwelt, Jugend und Familie, Wien 1996.
[7] SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL
(1998): Lehrbuch der Bodenkunde. F. Enke
Verlag Stuttgart 1998.
[8] AMT DER VORARLBERGER
LANDESREGIERUNG (1997):
Klärschlammverordnung. LGBl.Nr. 75/1997
bzw. Nr. 27/2002
[9] ELLENBERG, H. et al. (1986):
Ökosystemforschung. Ergebnisse des
Solling-Projekts 1966-1986. Eugen Ulmer
Verlag Stuttgart 1986.
[10] WERNER, R. (2001): mündliche
Mitteilung.
[11] SMIDT, St. (2001): schriftliche
Mitteilung per E-Mail an R. Werner.
[12] SMIDT, St. (1986): Bulk-Messungen
an drei Höhenprofilen. – In: Vorträge im
Work-shop „Saure Depositionen“,
Schriftenreihe Luftgüteuntersuchung, Band
12, Amt der Salzburger Landesregierung,
1986.
[13] MATZNER, E. (1989): Stoffliche
Veränderungen in schadstoffbelasteten
Waldböden. DVWK Mitteilungen, Band 17,
S. 107-120.
[14] AUGUSTIN, S., Schriftleitung (1997):
Forstbodenkunde. – In: Berichte 6/97.-
Auswertung der Waldschadensforschungsergebnisse
(1982–1992) zur Aufklärung
komplexer Ursache-Wirkungsbeziehungen
mit Hilfe systemanalytischer Methoden.
Umweltbundesamt, S. 147 – 266, Erich
Schmidt Verlag GmbH&Co., Berlin 1997.
[15] SCHMIEDEN, U., Schriftleitung
(1997): Forstpflanzenphysiologie. –
In: Berichte 6/97. - Auswertung der
Waldschadensforschungsergebnisse
(1982–1992) zur Aufklärung komplexer
Ursache-Wirkungsbeziehungen mit Hilfe
systemanalytischer Methoden. Umweltbundesamt,
S. 15 – 146, Erich Schmidt
Verlag GmbH&Co., Berlin 1997.
[16] SCHERER, J. (1989):
Landwirtschaftsbedingte Ammoniakbelastung
der Luft in Vorarlberg. –
Vergleichende Literaturstudie.- Interner
Bericht, Vorarlberger Umweltschutzanstalt,
1989.
[17] SCHERER, J. & P. SINGER (1999):
9. Messungen von Einträgen durch
Niederschläge im Naturschutzgebiet
Rohrach. – In: Ein Wald im Aufbruch –
Das Naturwaldreservat Rohrach, Bristol-
Schriftenreihe Band 7, Bristol-Stiftung,
Ruth und Herbert Uhl-Forschungsstelle für
Natur- und Umweltschutz, Schaan 1999.
[18] ULRICH, B. (1986/87): Stoffhaushalt
von Wald-Ökosystemen. – Bioelement-
Haushalt. Vorlesungsskript, Inst. f.
Bodenkunde und Waldernährung der
Universität Göttingen, 6. Auflage,
Wintersemester 1986/87.
[19] BENECKE, P. (1986/87):
Stoffhaushalt von Wald-Ökosystemen. –
Wasserhaushalt. Vorlesungsskript, Inst. f.
Bodenkunde und Waldernährung der
Universität Göttingen, Wintersemester
1986/87.
[20] RIHM, B. (2002): Stickstoff-Eintrag
im Voralpenraum, Gebiet OSTLUFT. –
Kurzbericht mit Karten-Anhang.
Auftraggeber: Amt für Umweltschutz,
9102 Herisau.
25

26
Schriftenreihe „Lebensraum Vorarlberg”
Folgende Bände der Schriftenreihe „Lebensraum Vorarlberg”
können angefordert werden beim Umweltinstitut des Landes Vorarlberg,
Montfortstraße 4, A-6901 Bregenz
Tel. 0043 / (0)5574/511-42027, e-mail: elisabeth.marxer@vorarlberg.at
Band 55 (2003)
Der Waldboden im Pfändergebiet
Zustand und Stoffdynamik
Band 54 (2003)
Grundwassergüte in Vorarlberg
Bericht 2002, Bestandsaufnahme 1990-2001
Band 53 (2002)
Fließgewässer in Vorarlberg - Gewässerinventar
Teil 2: Strukturgüte der Fließgewässer im südlichen
Vorarlberg, Stand 2001
Band 52 (2002)
Fließgewässer in Vorarlberg
Vorkommen und Verbreitung von Flusskrebsen in
Vorarlberg
Band 51 (2001)
Aufweitung der Bregenzerach im Bereich
Schnepfau - Mellau
Flussmorphologische und gewässerökologische
Beweissicherung
Band 50 (2001)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Messergebnisse der Sommer 1999 und 2000
Band 49 (2001)
Luftdatendokumentation 2000
Band 48 (2001)
Emissionsmessungen an modernen Kachelöfen
Band 47 (2001)
Fließgewässer in Vorarlberg - Gewässerinventar
Teil 1: Strukturgüte der Fließgewässer des
Vorarlberger Rheintals - Stand 1999
Band 46 (2000)
Luftdatendokumentation 1999
Band 45 (1999)
Luftdatendokumentation 1998
Band 44 (1999)
Fließgewässer in Vorarlberg
Gewässergüte und Wasserbeschaffenheit 1998
Band 43 (1998)
Luftdatendokumentation 1996 - 1997
Band 42 (1998)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Messergebnisse der Sommer 1997 und 1998
Band 41 (1998)
25 Jahre Heizungsüberwachung in Vorarlberg
Band 40 (1998)
Erhaltung und Gestaltung naturnaher
Landschaften in Vorarlberg. Chancen einer
Lebensraumpartnerschaft
Tagungsband zum gleichnamigen Symposium
am 22. Jänner 1998 in Bregenz
Band 39 (1998)
Klärschlammbericht Vorarlberg
Untersuchungsergebnisse 1991 - 1997
Band 38 (1998)
Die Überprüfung automatisch
beschickter Holzheizungen
Band 37 (1998)
Fließgewässer in Vorarlberg
Renaturierung des Schwarzbachs
in Bludesch/Gais - Erfolgskontrolle
Band 36 (1997)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Meßergebnisse der Sommer 1995 und 1996
Vergleich der Sommer 1990 bis 1996
Band 35 (1997)
Emissionskataster Vorarlberg 1994
Band 34 (1997)
Trinkwasser in Vorarlberg
Wasserhärten im Überblick
Band 33 (1996)
Fließgewässer in Vorarlberg
Gewässerstrukturen. Erfassen - Bewerten -
Darstellen. Ein Konzept (vergriffen)
Band 32 (1996)
Naturschutzgebiet Matschels
Untersuchungen zum Bodenaufbau und zur
Nährstoffversorgung im Unterried
Band 31 (1996)
Luftdatendokumentation 1995 (vergriffen)
Band 30 (1996)
Bodenzustand und Bewirtschaftungspraxis
der Vorarlberger Hausgärten
Erhebung 1993/94 (vergriffen)
Band 29 (1995)
Fließgewässer in Vorarlberg.
Wassergüteerhebung an den Hauptflüssen
Aufnahmen 1992 - 1994 (vergriffen)
Band 28 (1995)
Chemisch-bakteriologische Überprüfung der
Freibecken- und Hallenbäder in den Jahren
1993 und 1994 (vergriffen)
Band 27 (1995)
Tagungsband Naturschutz-Symposium
(vergriffen)
Band 26 (1995)
Eine Akzeptanzstudie zum Natur- und
Landschaftsschutz im Vorarlberger Rheindelta
(vergriffen)
Band 25 (1995)
Entwicklungskonzept für die Kernzone des
Lauteracher Riedes
Band 24 (1995)
EDTA - ein schwer abbaubarer/eliminierbarer
Stoff in den Gewässern Vorarlbergs
Band 23 (1995)
Luftdatendokumentation 1994
Band 22 (1995)
Einfluß von Entwässerungen auf Boden,
Vegetation und Fauna im Naturschutzgebiet
Rheindelta (vergriffen)
Band 21 ( 1995)
Grundlagen für ein Entwicklungskonzept
Naturschutzgebiet Rheindelta
Band 20 (1994)
Die Häufigkeit der Ausbreitungsklassen im
Nordteil des Vorarlberger Rheintales
Zur Verdünnung in der bodennahen
Atmosphäre
Band 19 (1994)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Meßergebnisse Sommer 1994
Band 18 (1994)
Radioaktive Belastung von Böden in Vorarlberg
Band 17 (1994)
Luftdatendokumentation 1993
Band 16 (1993)
Projekt „Waldökosystemforschung -
Waldbodensanierung” Abschließender Bericht
Band 15 ( 1993)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Meßergebnisse Oktober 1992 - September 1993
Band 14 (1993)
Luftdatendokumentation 1992 (vergriffen)
Band 13 (1993)
Fließgewässer in Vorarlberg
Gütezustand 1992. Aufnahmen 1989-1992
Band 12 (1993)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Meßergebnisse Oktober 1991 - September 1992
Vergl. der Sommer 1990-1991-1992 (vergriffen)
Band 11 (1992)
Schwermetalldepositionen in Vorarlberg
(vergriffen)
Band 10 (1993)
Stickstoffdioxid-Immissionen in Vorarlberg
Meßergebnisse Oktober 1991 - September 1992
Vergleich der Sommer 1990-1991-1992
(vergriffen)
Band 9 (1992)
Luftdatendokumentation 1990 - 1991 (vergriffen)
Band 8 (1991)
Ozonimmissionen in Vorarlberg
Bericht über die Meßergebnisse von
April 1990 bis September 1991 (vergriffen)
Band 7 (1991+1992)
Badequalität der Vorarlberger Gewässer
Die Ergebnisse der Kontrolluntersuchungen
für die Badesaison 1990 sowie als Beilage
die aktuell verfügbaren Untersuchungs-
ergebnisse aus dem Jahr 1992 (vergriffen)
Band 6 (1991)
Jahresbericht
Immissionsmessungen von Luftschadstoffen
von April 1989 bis März 1990 in Vorarlberg
Band 5 (1993)
Fließgewässerinventur Vorarlberg (vergriffen)
Band 4 (1992)
Der Wald im Naturschutzgebiet Gadental
Band 3 (1989)
Waldforschung in Vorarlberg
Band 2 (1986)
Bodenzustandserhebung Vorarlberg
Band 1 (1986)
Sanierung von Baggerseen im Walgau
27

28
29

30
31